可降解聚羟基烷酸酯膜复合新型纳米仿生骨支架材料的骨再生研究

摘要

本研究旨在研制用于引导骨组织再生的可降解引导组织再生膜(GTRm)材料——聚羟基丁酸酯-羟基戊酸酯共聚物(PHBV)膜和新型纳米仿生骨植入材料——3-羟基丁酸-co-3-羟基戊酸共聚物/溶胶-凝胶生物活性玻璃多孔复合材料(PHBV/SGBG)。通过对这两种新材料的体外细胞毒性和体内降解性以及促进骨再生的能力进行初步探讨，为今后的临床应用提供实验依据。 2.方法 2.1 PHBV膜及PHBV/SGBG骨植入材料的理化性能检测在体外，通过肉眼观察材料的表面结构，扫描电镜分析材料的孔隙分布、孔径大小，称量法测定材料的孔隙率，对材料的理化性能进行初步的检测。 2.2 PHBV膜及PHBV/SGBG骨植入材料的细胞相容性研究采用骨髓基质细胞的体外培养技术，通过MTT法检测细胞相对增殖度，对两种材料的细胞毒性作出可靠的定量评价；并采用直接接触培养法，观察细胞在PHBV/SGBG骨植入材料上的粘附与散布，从不同角度对实验材料的体外细胞相容性进行评价。 2.3杂种犬胫骨内侧骨缺损模型评价PHBV膜复合PHBV/SGBG骨植入材料的成骨能力实验动物选择1岁左右、体重10～12kg的健康杂种家犬8只，在犬胫骨内侧制作骨缺损模型，骨缺损大小为φ5 mm的穿通骨髓腔的洞形缺损。实验采用自体对照，分四组：(1)PHBV膜+植入PHBV/SGBG组、(2)PHBV膜组、(3)植入PHBV/SGBG组、(4)空白对照组。分别于术后2周、4周、8周、12周进行以下研究：大体标本观察-观察术后动物伤口愈合情况及缺损区骨生长情况；x线检查-了解骨缺损区界线及新骨形成的密度改变；组织学观察-骨缺损区骨组织生长情况；扫描电镜观察-骨缺损区骨基质形成情况、钙盐颗粒沉积、板状骨结构等；X线能谱图测定-新骨的Ca、P元素微区定量测定。 3.结果 3.1 PHBV膜及PHBV/SGBG骨植入材料的理化性能制备好的PHBV膜呈半透明，表面光滑；PHBV/SGBG材料呈白色，略有弹性，表面为泡沫多孔状结构。扫描电镜下见PHBV膜表面光滑，结构致密，孔隙分布均匀，孔径大小约为400nm～5um；PHBV/SGBG骨植入材料为疏松多孔结构，孔隙多并相互联通，孔隙大小约100～300um，其中可见纳米级的SGBG颗粒镶嵌或包裹在PHBV基体孔壁上，材料孔隙率的检测结果显示：ε>90﹪。 3.2 PHBV膜及PHBV/SGBG骨植入材料的细胞相容性 3.2.1 MTT结果PHBV膜和PHBV/SGBG骨植入材料各浓度组不同时期的毒性分级均在0～1级之间。随着材料浸提液浓度的增高，OD值略有下降，但该变化并不具有显著性差异(P>0.05)；高浓度的材料浸提液对细胞生长的影响与低浓度相比并不存在显著性差异(P>0.05)；随着培养时间的延长各实验组细胞数量都明显增加，1d、3d、5d三个测试时间点上，各浓度组细胞增殖数OD值与对照组相比无明显差异(P>0.05)，各浓度组的OD值变化曲线图与对照组几乎完全重叠。 3.2.2直接接触细胞培养结果骨髓基质细胞紧密附着于PHBV/SGBG骨植入材料表面，贴附生长，并有突起向材料的连通微孔内伸展。 3.3 PHBV膜及PHBV/SGBG骨植入材料的成骨能力 3.3.1骨缺损修复结果大体标本观察、X线检查、组织学观察、扫描电镜观察和X线能谱图测定显示所有植入材料组(PHBV膜+植入PHBV/SGBG组、PHBV膜组、植入PHBV/SGBG组)均可不同程度地促进新骨的形成。其中PHBV膜+植入PHBV/SGBG组，骨修复最早，术后2周时已有明显的新生骨岛形成；骨修复质量最好，术后12周时，骨缺损区的修复重建基本完成，新生骨的质量与周围正常骨无明显差异。空白对照组的新生骨量最低，骨修复不全，骨痂修复中可见纤维组织形成，骨修复质量最差。植入PHBV/SGBG组的骨修复略优于PHBV膜组，但两组间的差异不明显。 3.3.2 PHBV膜及PHBV/SGBG骨植入材料的降解结果植入的PHBV膜可逐步降解，8周时，膜表面有明显洞状降解吸收，12周时，表面已严重破坏，但仍未能完全降解。PHBV/SGBG复合多孔支架材料降解速度快，2周时，材料开始降解；8周时，材料大部分被新生骨组织所取代；12周时，材料基本已完全降解，光镜下及电镜下均未见材料颗粒的残留。 4.结论 4.1 PHBV膜结构均匀致密，具备阻挡成纤维细胞通透的作用；PHBV/SGBG骨植入材料是由相互连通的微孔和镶嵌或包裹在PHBV基体孔壁上纳米尺寸的SGBG颗粒组成，具有类似自然骨的仿生结构。 4.2 PHBV膜材料和PHBV/SGBG骨植入材料的毒性分级均在0～1级之间，对骨髓基质细胞无毒性作用，符合医用生物材料的安全要求；PHBV/SGBG具有良好的骨传导作用，骨髓基质细胞可在其表面粘附、生长。 4.3 PHBV膜具备良好的机械性能和再生空间的维持能力，在骨缺损修复早期可有效地保护和稳定膜内血凝块的形成，可引导成骨细胞从骨内膜、骨断端、骨髓端以及骨外膜向骨缺损区内爬行，发挥了引导骨再生的作用。 4.4 PHBV膜植入体内后，可逐步降解，随着PHBV膜的降解，孔径增大，血管长入，成骨逐渐加速。12周时，骨缺损区修复基本完成，但该膜仍未能完全降解。PHBV膜作为一种具有广阔应用前景的引导骨再生膜材料，对其降解速率的调控仍待进一步研究和完善。 4.5 PHBV/SGBG骨植入材料具有很好的生物活性、骨传导性及骨形成能力，受体骨和材料之间的有机——无机界面，结合稳定，可以促进骨组织在材料表面快速生成和生长。新生骨组织致密，最终形成的骨组织与自体骨结构相似。 4.6 PHBV/SGBG降解速度快，材料降解后为新生骨组织所替代，不发生新骨容积丢失及强度降低。 4.7将膜覆盖技术和支架材料植入技术结合，具有促进骨缺损区的骨组织修复的协同作用，其新生骨形成早，骨修复质量好，联合应用膜覆盖技术和支架材料植入技术是修复骨缺损的有效模式。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：英汉对照缩写词表

引言

文献回顾

1.骨缺损修复治疗的方法及研究进展

2.聚羟基丁酸-羟基戊酸共聚物的性能及其在医药领域中的研究进展

3.溶胶-凝胶法制备生物活性玻璃的特点及其应用进展

第一部分PHBV膜及PHBV/SGBG骨植入材料的理化性能检测

1.1材料与仪器

1.2方法

1.3结果

1.4讨论

1.5结论

1.6参考文献

第二部分PHBV膜及PHBV/SGBG骨植入材料的生物相容性研究

2.1材料与仪器

2.2方法

2.3结果

2.4讨论

2.5结论

2.6参考文献

第三部分杂种犬胫骨内侧骨缺损模型评价PHBV膜复合PHBV/SGBG骨植入材料的成骨能力

3.1材料与仪器

3.2方法

3.3结果

3.4讨论

3.5结论

3.6参考文献

全文结论

附图

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