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《兰州大学》 2017年
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一种新型颌骨骨支架材料的制备及其生物力学性质与骨修复关系研究

周建业  
【摘要】:颌骨缺损可导致口颌系统功能的丧失,给人们的生活及工作带来巨大影响,通过植入骨支架材料以实现骨缺损的修复是其有效的治疗途径。近年来,随着外伤、肿瘤等疾病的增多,加之老龄化社会的临近,颌骨缺损在人群中的发病率呈现出逐步上升的态势,骨支架材料的需求量也随之增大。目前在我国颌骨支架材料市场上占有绝对统治地位的是粉末型进口材料,该材料价格昂贵,不能用于较大创面的骨缺损修复(8mm以上),且因未进行表面修饰而缺少成骨促进作用。因此,开发具有自主知识产权和成骨促进作用,且能用于较大创面骨缺损修复的新型骨支架材料已成为迫在眉睫的重要需求。已有骨支架材料生物力学研究显示,良好的骨支架材料生物力学性质与内部微结构对骨缺损的修复具有积极影响,如可促进新生骨、新生血管生成以及促进成骨因子表达等。但是,由于骨缺损修复过程的复杂性,以往研究未能充分指出理想骨支架材料所需的微结构与生物力学特征,相关研究仍处在基于试错法的摸索过程中。另一方面,骨支架材料的感染是一个重要的科学问题,但相关研究非常薄弱,亟待加强。因此,本研究选用了煅烧天然成年牛松质骨(下简称:成年牛骨)与煅烧胎牛松质骨(下简称:胎牛骨)作为研究对象,依次进行了如下实验及分析:1、利用磷酸二氢铵煅烧法对天然牛松质骨的煅烧工艺进行了创新改良,并评价了其生物相容性;对胎牛骨进行了锌及壳聚糖复合表面修饰,并系统评价了其生物安全性及成骨能力;2、利用实验结合三维有限元建模分析的方法,检测了两种煅烧骨支架材料孔隙微观结构及生物力学性质特点;系统性地利用体外和体内实验,从细胞、分子及动物实验角度、全面对比了二者在骨缺损修复早期、中期及后期的效果,分析了二者的生物力学特性与颌骨骨缺损修复的关系;3、利用高通量基因测序的方法检测对比了口腔微生物在两种材料上的初期定植群落结构,分析了孔径大小及孔隙率对初期定植在骨支架材料上的微生物群落结构的影响;经综合分析后,得到的主要创新性结论及相关意义如下:1、提出了利用磷酸二氢铵法煅烧天然牛骨的制备方法,该方法可制备出纯度较高的β-磷酸三钙骨支架材料;设计并制备了一种“天然胎牛骨+磷酸二氢铵(煅烧)+锌+壳聚糖”的新型骨支架材料,其生物相容性好,成骨能力强,有望能在临床中普及使用的新型骨支架材料;2、揭示出通过煅烧天然牛松质骨所得到的骨支架材料具备以下两个生物力学特点:(1)、孔径大小服从正态分布;(2)、通过模拟支架结构在人体中受载情形,发现平均应力在结构内部随机分布、应力集中区位于骨小梁及骨板连接处;同时,发现了煅烧天然牛松质骨骨支架材料的降解过程与特点可能与人体松质骨的应力性退化吸收过程及特点相似。以上特点或可为人工合成新型骨支架材料提供指导及参考。3、提出骨支架材料的孔径大小及孔隙率对口腔微生物在其上的初期定植群落结构有明显影响;较大孔径可能有利于兼性厌氧菌的初期定植,而较小孔径可能与厌氧菌属的初期定植有关;多孔性块状骨支架材料可能比粉剂型骨支架材料更易受到感染。以上特点可为进一步研究骨支架材料的感染提供实验支持,并为在临床中使用抗生素治疗或预防骨支架材料感染提供用药指导。
【学位授予单位】:兰州大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:R318.08;R782

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