羥丙基纖維素表面修飾對促進(jìn)聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)材料與骨組織愈合的研究.pdf

1、目前臨床應(yīng)用比較廣泛的人工韌帶只有法國研制的LARS人工韌帶，它采用已用于臨床手術(shù)縫線和人造血管的聚對苯二甲酸乙二醇酯(polyethyleneterephthalate，PET)材料。2010年，我科研究報(bào)道了LARS人工韌帶植入術(shù)后3～5年的多中心研究，結(jié)果顯示93％以上的患者療效滿意，功能恢復(fù);另外，仍有5.7％的失敗率，其中包括擠壓螺釘松動(dòng)、移植物-骨愈合不佳、滑膜炎等。因此，如何提高PET韌帶與骨隧道的愈合能力，誘導(dǎo)自體骨組織

2、長入，使PET韌帶與骨組織形成穩(wěn)定的接合，并大幅度提高PET重建ACL手術(shù)的成功率和術(shù)后療效，成為我們的研究目的。
　　第一部分 羥丙基纖維素涂層-PET復(fù)合材料對體外細(xì)胞相容性及成骨分化影響的實(shí)驗(yàn)
　　目的:在體外觀察并比較羥丙基纖維素(Hydroxypropylcellulose，HPC)-PET復(fù)合材料（HPC/PET組）與未經(jīng)處理的PET材料（PET組）對骨髓基質(zhì)干細(xì)胞(BMSCs)、前交叉韌帶(ACL)成纖維細(xì)胞及

3、RSC-364滑膜細(xì)胞相容性及成骨分化的影響。
　　方法:將HPC-PET復(fù)合材料及PET纖維置于24孔培養(yǎng)板中，分別都加入BMSCs、ACL成纖維細(xì)胞及RSC-364細(xì)胞懸液（密度2×104/ml）。觀察HPC涂層對細(xì)胞粘附性的影響。培養(yǎng)7天后對BMSCs、ACL成纖維細(xì)胞及RSC-364細(xì)胞行掃描電鏡(SEM)，以觀察HPC/PET組與PET組中細(xì)胞形態(tài)的變化。觀察HPC涂層對BMSCs細(xì)胞的成骨分化能力。
　　結(jié)果:S

4、EM分析顯示經(jīng)HPC涂層修飾后，PET纖維表面覆蓋了一薄層涂層。傅立葉紅外光譜分析顯示相比于單純PET材料，HPC/PET材料在3600-3200cm-1處出現(xiàn)了HPC羥基的伸縮振動(dòng)及3011-2819cm-1處出現(xiàn)HPC中的C-H伸縮振動(dòng)。Integrin-β1在HPC/PET組中的表達(dá)量顯著高于在PET組中的表達(dá)（P值均＜0.01）。ELISA法檢測顯示，BMSCs培養(yǎng)5天，7天時(shí)，10天和14天時(shí)ALP的活性在HPC/PET組高于

5、在PET組中（P值均＜0.05）。BMSCs培養(yǎng)7天，10天和14天時(shí)HPC/PET組中Osteopontin的表達(dá)量高于在PET組(P值均＜0.05)。而培養(yǎng)7天時(shí)BMSCs細(xì)胞中BMP-2和BMP-7在HPC/PET組中的表達(dá)量均顯著高于在PET組中的表達(dá)（P值均＜0.01）。
　　結(jié)論:HPC-PET復(fù)合材料未表現(xiàn)出對細(xì)胞的毒性，且還能明顯提高體外BMSCs、成纖維細(xì)胞及RSC-364滑膜細(xì)胞的細(xì)胞相容性及成骨分化能力。

6、r>　　第二部分 羥丙基纖維素涂層對PET移植物在兔關(guān)節(jié)外模型中與骨愈合影響的實(shí)驗(yàn)
　　目的:探討羥丙基纖維素(hydroxypropylcellulose，HPC)涂層是否能加強(qiáng)PET人工韌帶移植物與骨道愈合。
　　方法:本研究采用30只新西蘭大白兔，采用關(guān)節(jié)外腱-骨愈合模型將人工韌帶植入脛骨近端。一側(cè)肢體以植入HPC涂層韌帶為實(shí)驗(yàn)組，對側(cè)肢體植入非HPC涂層韌帶為空白組。兔子在4周及8周處死，分別進(jìn)行生物力學(xué)，組織學(xué)和r

7、ealtime-PCR基因測試。
　　結(jié)果:術(shù)后4周和8周時(shí)，生物力學(xué)測試所有組織標(biāo)本均可被完全拉出骨隧道，無韌帶斷裂發(fā)生。術(shù)后4周時(shí)HPC涂層組與對照組之間的最大拉力統(tǒng)計(jì)學(xué)上無顯著性差異(P=0.328)。術(shù)后8周時(shí)HPC涂層組的最大拉力明顯高于對照組(P＜0.001)。同樣，術(shù)后4周時(shí)HPC涂層組與對照組之間的剛度結(jié)果在統(tǒng)計(jì)學(xué)上無顯著性差異(P=0.128)。術(shù)后8周時(shí)，HPC涂層組的剛度高于對照組(P=0.018)。術(shù)后4周

8、時(shí)較厚的纖維樣組織出現(xiàn)在對照組及HPC涂層組的移植物-骨界面。術(shù)后4周時(shí)在HPC涂層組中發(fā)現(xiàn)一些纖維組織穿插進(jìn)入人工韌帶。術(shù)后8周時(shí)，HPC涂層組中發(fā)現(xiàn)移植物-骨界面上有大量突出的新骨形成;此外，移植物-骨界面相對較窄，疤痕組織較少，部分界面組織長入PET移植物內(nèi)，并與移植物PET纖維相交織。而對照組中僅見較厚的纖維疤痕組織存在于移植物-骨界面中，無新骨形成。組織形態(tài)學(xué)分析顯示，術(shù)后8周時(shí)HPC涂層組的界面寬度顯著狹窄于對照組(P＜0.

9、001)。術(shù)后4周時(shí)，HPC涂層組中BMP-2和Osteopontin的mRNA表達(dá)水平高于它們在對照組中的表達(dá)水平（P值均＜0.05）。術(shù)后8周時(shí)，BMP-2在HPC涂層組中的mRNA表達(dá)水平高于它在對照組中的表達(dá)水平(P=0.010)。
　　結(jié)論:本研究表明人工韌帶表面HPC涂層能夠有效地促進(jìn)人工韌帶骨隧道內(nèi)移植物與骨愈合。
　　第三部分 比格犬尺寸的PET人工韌帶的制備及生物力學(xué)性能檢測的驗(yàn)
　　目的:制備出一種

10、比格犬尺寸的PET人工韌帶用以比格犬ACL重建，并對其進(jìn)行生物力學(xué)的測試。
　　方法:對LARS人工韌帶的結(jié)構(gòu)及組織進(jìn)行分析，利用企業(yè)現(xiàn)有設(shè)備，進(jìn)行了工藝調(diào)整，試織了一種織物結(jié)構(gòu)。對在不同工藝條件下織造的基布進(jìn)行了拉伸性能測試。采用不同的清洗方案對PET人工韌帶織物試樣進(jìn)行清洗，同時(shí)設(shè)定空白組。觀察各組中細(xì)胞生長狀況。對人工韌帶半成品進(jìn)行縫制，并最終縫合處比格犬尺寸的PET人工韌帶成品。檢測比格犬尺寸的PET人工韌帶的力學(xué)性能，包

11、括拉伸強(qiáng)力測試、靜態(tài)蠕變測試（疲勞性能測試）及空隙率測試等。
　　結(jié)果:試織的織物縱密為17圈/cm時(shí)，其斷裂強(qiáng)力、理論強(qiáng)力、強(qiáng)力損失率最高，而其斷裂伸長率最低。各組細(xì)胞生長狀況均較為良好，其中3＃清洗方法細(xì)胞生長最佳(P＜0.01)。比格犬尺寸PET人工韌帶拉伸強(qiáng)力為2959.53±7.25N，最大伸長量為12.43±0.95mm，最大伸長率為13.8±1.06％。比格犬尺寸PET人工韌帶體的靜態(tài)蠕變?yōu)榛謴?fù)24小時(shí)后最終伸長率為

12、0.16％，而LARS人工韌帶的恢復(fù)24小時(shí)后最終伸長率＜1.5％。清洗前后比格犬尺寸PET人工韌帶織物的孔隙率差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.880)。
　　結(jié)論:成功制備了適合比格犬ACL重建的PET人工韌帶，且其生物力學(xué)性能良好，基本適合用于比格犬動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。
　　第四部分 羥丙基纖維素涂層-PET人工韌帶用于比格犬前交叉韌帶重建的實(shí)驗(yàn)研究
　　目的:探討羥丙基纖維素(hydroxypropylcellulose，HPC

13、)涂層的PET人工韌帶重建比格犬ACL是否能加強(qiáng)PET人工韌帶移植物與骨道的愈合。
　　方法:本研究選取24只成年雄性比格犬，使用HPC涂層的PET人工韌帶(HPC組)和無HPC涂層的PET人工韌帶（對照組）植入比格犬左側(cè)膝關(guān)節(jié)內(nèi)進(jìn)行ACL重建。術(shù)后4周及16周處死動(dòng)物，獲得股骨-PET人工韌帶移植物-脛骨復(fù)合物。對此復(fù)合物進(jìn)行生物力學(xué)，組織學(xué)和分子生物學(xué)檢測。
　　結(jié)果:術(shù)后4周和16周時(shí)，所有PET人工韌帶均可被完全拉出

14、骨隧道，無PET人工韌帶斷裂發(fā)生。術(shù)后4周時(shí)HPC涂層組中骨隧道內(nèi)人工韌帶-骨的最大拉力高于對照組(P=0.010);而術(shù)后16周時(shí)HPC涂層組的最大拉力顯著高于對照組(P=0.001)。術(shù)后16周時(shí)HPC涂層組的剛度高于對照組(P=0.020)。術(shù)后4周時(shí)，在對照組中僅發(fā)現(xiàn)少量膠原纖維形成，而HPC涂層組中發(fā)現(xiàn)較多膠原纖維形成并長入移植物內(nèi)。術(shù)后16周時(shí)對照組中僅見膠原纖維形成數(shù)量有所增加，無新骨形成，而HPC涂層組中發(fā)現(xiàn)移植物-骨界

15、面上有突出的新骨形成，并包繞移植物PET纖維。術(shù)后4周時(shí)BMP-7和TGF-β1在HPC涂層組中的mRNA表達(dá)水平顯著高于它們在對照組中的表達(dá)水平（P值均＜0.01）;COL3和VEGF在HPC涂層組中的mRNA表達(dá)水平高于在對照組中的表達(dá)水平（P值均＜0.05）。術(shù)后16周時(shí)COL3、Osteocalcin和RUNX2在HPC涂層組中的mRNA表達(dá)水平高于在對照組中的表達(dá)水平（P值均＜0.05）。術(shù)后4周時(shí)，HPC涂層-PET人工韌帶

16、組內(nèi)有薄層滑膜組織覆蓋于關(guān)節(jié)腔內(nèi)的人工韌帶自由纖維部，而對照組內(nèi)可見較為明顯的軟組織覆蓋于關(guān)節(jié)腔內(nèi)的人工韌帶自由纖維部。術(shù)后4個(gè)月時(shí)，HPC涂層-PET人工韌帶組內(nèi)有厚層滑膜組織覆蓋于關(guān)節(jié)腔內(nèi)的人工韌帶自由纖維部，而在對照組內(nèi)仍僅有少量滑膜組織覆蓋于關(guān)節(jié)腔內(nèi)的人工韌帶自由纖維部。免疫組化檢測關(guān)節(jié)腔內(nèi)人工韌帶自由纖維部分中COL1的結(jié)果顯示，術(shù)后4周和16周時(shí)，HPC組中COL1的表達(dá)量均顯著大于對照組（P值均＜0.01）。
　　結(jié)

17、論:本研究表明PET人工韌帶表面HPC涂層能夠有效地促進(jìn)PET人工韌帶與骨隧道的愈合。
　　第五部分 新型懸吊式人工韌帶的外觀及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
　　為了克服現(xiàn)有LARS人工韌帶固定方式所存在的缺陷，本研究已完成幾種新型懸吊式人工韌帶的設(shè)計(jì)，并已獲得相關(guān)實(shí)用新型專利的授權(quán)。新型懸吊式人工韌帶的環(huán)袢可與紐扣鋼板(Endobutton)相連接，不僅實(shí)用方便、減少手術(shù)時(shí)間，提高了生物力學(xué)強(qiáng)度;最為重要的是避免了使用擠壓螺釘對骨道的擠壓及韌