誘導(dǎo)型人工骨材料修復(fù)兔顱骨缺損的實驗研究.pdf

1、顱骨缺損是神經(jīng)外科中的一個常見問題，其形成的原因主要見于燒傷、創(chuàng)傷、腫瘤等。修復(fù)骨缺損，重建其生物學(xué)特性是神經(jīng)外科急需解決的重要課題之一。顱骨缺損的修復(fù)主要包括修復(fù)材料的選擇和修復(fù)方式的優(yōu)化。為了避免傳統(tǒng)的材料所帶來的問題，人們開發(fā)了許多種人工骨修復(fù)材料。其中，“誘導(dǎo)因子十載體緩釋系統(tǒng)”模式已成為骨組織工程學(xué)研究的一個熱點。一種良好的誘導(dǎo)型人工骨材料應(yīng)具有以下特性：①良好的生物相容性及生物降解性；②骨傳導(dǎo)及與其他活性分子復(fù)合共同誘導(dǎo)骨發(fā)

2、生；③能負(fù)載大量細(xì)胞，支持骨細(xì)胞生長和分化；④合適的機械強度與可塑形性；⑤原料來源廣，生產(chǎn)價格廉，便于消毒保存。 縱觀國內(nèi)外骨組織工程材料研究可發(fā)現(xiàn)，以下幾種天然或人工材料逐漸被大多數(shù)研究者認(rèn)可。例如：骨形態(tài)發(fā)生蛋白（bone morphogenetie protein，BMP）是一種多功能生長因子，其特征是有較強誘導(dǎo)成骨活性，且無種屬特異性；膠原（collagen，COL）是骨基質(zhì)的主要有機成分，COL與BMP復(fù)合可延緩BMP

3、釋放，可降低BMP的誘導(dǎo)劑量，令其維持較長的作用；羥基磷灰石（Hydroxyapatite，HA）是一種生物相容性和免疫原性都很理想的骨修復(fù)材料，納米級羥基磷灰石（Nano-sized hydroxyapatite，n-HA）因其晶體尺徑與人體骨礦中磷灰石相當(dāng)，骨修復(fù)效果更佳；磷酸鈣骨水泥（Calcium Phosphate Cement，CPC）具有可塑型性、吸收性和等溫自固化等優(yōu)良性能。到目前為止，上述各種材料單獨使用或復(fù)合應(yīng)用，均

4、因存在塑形性、孔隙率、機械強度等不同問題而至實際成骨效果欠佳。 為了找到一種可供臨床用來修復(fù)骨缺損的組織工程材料，我們經(jīng)過反復(fù)實驗對CPC進(jìn)行改良。合成α-磷酸三鈣（α-TCP）體系的CPC作為附加載體（Accessional Delivery，AD），利用仿生礦化技術(shù)將天然骨膠原與無機晶核（HA）自組裝構(gòu)建成納米級核心載體（Nucleus Delivery，ND），借助AD與ND的內(nèi)在聯(lián)系與特性有機地構(gòu)建成雙載體系統(tǒng)（Doub

5、le Delivery System，DDS）；以提取天然活性蛋白為誘導(dǎo)核心與DDS進(jìn)行有機組合，在滿足材料強度的前提下在DDS上預(yù)制出活性生長通道（Active Growth Channel，AGC）的空間結(jié)構(gòu)。把AD、ND和bBMP復(fù)合物制備成bBMP/ND/AD釋放系統(tǒng)，用真空負(fù)壓技術(shù)將釋放體系有效地填充至AGC預(yù)制空間，最終制備出在成份、空間構(gòu)型和生物活性上與正常人骨極其相似的人造骨主體部分，試圖解決現(xiàn)有眾多單一載體材料的缺陷。

6、基于這種認(rèn)識，我們進(jìn)行了以下方面的工作：（1）活性蛋白異位誘導(dǎo)成骨評估；（2）載體材料的物性評估；（3）誘導(dǎo)型人工骨材料修復(fù)兔顱骨缺損實驗。 一、活性蛋白異位誘導(dǎo)成骨實驗 目的：檢驗自制備的牛骨形態(tài)發(fā)生蛋白（bovine bone morphogenetic proteins，bBMPs）異位誘導(dǎo)成骨性。 方法：取昆明小鼠40只，隨機分成2組，將bBMPs材料植入小鼠右大腿后內(nèi)側(cè)肌袋內(nèi)，術(shù)后2周、3周、4周、8周

7、分別行放射學(xué)檢查、組織學(xué)方法評價骨組織生長情況。 結(jié)論：本研究提取純化的bBMPs在小鼠肌袋中具有良好得生物相容性和異位誘導(dǎo)成骨能力。 二、載體材料的制備與物性評估 目的：檢測核心載體（ND）、附加載體（AD）以及雙載體系統(tǒng)（DDS）的微觀結(jié)構(gòu)、機械強度與可塑性等。 方法：①濕法制備ND，經(jīng)X線衍射（XRD）、電子顯微鏡掃描（SEM）測其粒度與微觀形態(tài)； ②馬弗爐煅燒法制備α-磷酸三鈣（α-TCP

8、）體系的CPC（AD），用國產(chǎn)多功能壓力測試機檢測其機械強度，XRD測其TCP純度，能譜檢測鈣磷比，SEM觀察微觀結(jié)構(gòu)；③DDS檢測方法同上。 結(jié)論：本研究所制備的AD材料，添加ND會造成復(fù)合材料承壓能力下降，壓力下降數(shù)值與ND加入量呈正相關(guān)。加0.25％ND復(fù)合材料的壓力下降程度符合本實驗研究作為支撐（載體）材料的壓力強度。復(fù)合材料在保持水化產(chǎn)物的穩(wěn)定條件下，鈣磷比更接近人骨，機械強度下降、孔隙率增加，有利于材料降解，是一種理

9、想的骨缺損修復(fù)材料。 三、誘導(dǎo)型人工骨材料修復(fù)兔顱骨缺損實驗 目的：觀察誘導(dǎo)型人工骨材料在修復(fù)兔顱骨缺損中的作用效果。 方法：選取健康成年新西蘭大白兔51只，隨機分成實驗材料組（復(fù)合材料，M組）、實驗對照組（同種異體凍干骨，B組）和空白對照組（N組）；M組材料采用固化成型的圓“紐扣”狀樣品，預(yù)制含釋放系統(tǒng)（ND、bBMP）的活性生長空間（AGC）；制備雙側(cè)顱頂骨8mm的骨膜與骨缺損模型，分別植入相應(yīng)材料后固定。術(shù)

10、后按2周、4周、8周、12周、16周時程分別取材，進(jìn)行大體觀察、外周血液檢驗、X線影像檢查、熒光雙標(biāo)示蹤、組織學(xué)與免疫組化觀察，比較各組材料修復(fù)兔顱骨缺損效果。 結(jié)論： ①在體實驗顯示該復(fù)合材料生物相容性較好，能復(fù)合活性骨生長因子緩慢釋放； ②在復(fù)合材料中AGC的構(gòu)建使誘導(dǎo)成骨呈多點生長趨勢，有利縮短新骨生長距離，加速骨缺損修復(fù)； ③復(fù)合材料植入機體后可降解并持續(xù)促進(jìn)新骨生長，誘導(dǎo)成骨效果強于同種異體凍干