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《第四军医大学》 2004年 博士论文
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快速成型技术制备不同成份配比仿生骨实验研究

孙启明  
【摘要】:随着现代战争中高速、高能武器的大量使用,以及地震、风暴等自然灾害和交通、建筑、工矿业事故的频繁发生,四肢复杂骨折所占的比例越来越高,常导致严重的骨缺损——特别是大段骨缺损,大大增加救治难度。伤残率高,伤残时间长,后期治疗困难。 治疗骨缺损最有效的手段是骨移植,传统经典的方法是自体骨移植,其操作及运用原则已经成所谓“金标准”(Gold Standard),同时,异体骨和异种骨移植也得到广泛使用;在实际应用中,它们各自的一些缺点,如来源有限、供区并发症、免疫排斥反应,感染和传播HIV和肝炎等疾病的潜在风险、以及制备、贮存和处理的成本很高,限制了它们的运用;近年来研究重点放在人工骨移植替代材料上,开发了一系列的人工骨材料,包括改性的天然材料、生物陶瓷、高分子材料等,但都不同程度存在着生物相容性、力学性能、降解性等方面的缺陷,至今未能广泛应用于临床骨缺损的治疗。 第四军医大学博十学位论文 仿生骨的制备研究一直是骨组织工程中的一个重要领域。其新趋势是 将两种或两种以上具有互补特性的生物可降解材料,按一定方式和配比复 合,以期构建出满足骨组织工程要求的支架材料。用于修复骨缺损的复合 支架材料,除满足良好的生物相容性和一定的力学强度外,还应具有与新 骨形成相匹配的降解速度。但在骨科临床和科研实践中,目前用于骨缺损 修复的复合材料仍存在材料降解速度与成骨速度不相匹配的缺陷。因此, 构建仿生骨的组份及其配比的筛选,己成为骨组织工程的必由之路。 快速成型技术(RP)利用CAD(计算机辅助设计)及离散/堆积原理, 具有制造个体化和一次成型的特点,最适于制作非均质和多孔型结构的支 架材料,实现功能梯度材料堆积成型。.本研究针对人工骨移植材料的以上 问题,应用快速成型工艺的优势,制备出不同成分配比的聚酷/磷酸三钙 复合材料,研制具有生物活性的仿生骨,并对其进行了生物相容性、体外 降解性、力学强度等系列生物学检测,从而优化筛选材料的成分及配比, 并植入实验动物体内进行骨缺损修复疗效的观察验。 本研究进行了以下几部分实验: 1.改良热诱导相分离法,即结合溶铸颗粒沥取法,实验室制备聚酷/ 磷酸三钙(TCP, Tricalcium Phosphate)复合材料,聚酷采用聚(乳酸/轻 基乙酸)共聚物[P oly(lactide一。一glyeolide),凡。^]和聚消旋乳酸 [Poly(L一laeide一eo一D,L一lactide),PnLL^〕,聚酷与TCP的比例分别为 7:3,6:4,5:5:制备出不同配比的PDLLA/TCP及PLGA/TCP复合材料,所得 材料孔隙分布均匀,孔隙间相互交通,材料孔隙率均大于’8既,孔径为 100~400”m,符合骨组织工程载体的要求。对以上材料进行体外降解实 5 第四军医大学博卜学位论文 验,于不同时间点取出材料测定其平均重里损失百分比:各组受试材料均 具有良好的降解特性,但组间表现出一定差异,PDLLA/TCP(5:5)组和 PLGA/TCP(5:5)组的降解速度快于其他受试组材料;经无水酒精预湿化处 理,亲水性试验表明PLGA厂1,CP(5:5)材料亲水性能最佳。 2.快速成型和组织工程方法制造具有生物活性的不同成份配比仿生 骨(PLGA厂1,CP(5:5)组、PLGA汀CP(6:4)组、PLGA汀CP(7:3)组、 PDLL户JTCP(5:5)组、PDLLA厅CP(6:4)组和PDLL八了1,CP(7:3)组), 对其进行生物学评价实验,包括全身急性毒性反应、溶血试验和热原试验, 所有受试材料均无毒性、无热原性、不引起溶血反应。 3.骨缺损修复实验:各组材料复合bBMP(牛型骨形态发生蛋白) 后,PLGAfl.CP(5:5)组和PDLLA汀CP(5:5)组在骨缺损部位的降解速 度与成骨速度均匹配良好,可以很好地修复巧mrn兔挠骨骨缺损,愈合 时间接近自然骨愈合所需的时限,组织学检查及X线检查显示成骨良好, 材料降解完全。在不同时段骨密度表现有所不同,8周时,各组骨密度差 异不明显,12及24周时,骨密度(PLGA汀CP组和PDLLA厂1,CP组)高 低依次为(5:5)组(6:4)组(7:3)组;PDLLA汀CP材料组和PLGA厅CP 组间无明显差异。 4.测试各组受试材料的力学强度,即压缩弹性模t和抗压强度,为 植入体内后压应力条件下的运用提供进一步的依据。材料力学强度测试结 果:PLGA汀CP和PDLLA几,CP材料组中,强度高低依次为(7:3)组 (6:4)组(5:5)组:PDLLA汀CP材料组和PLGA汀CP组间无明显差 异:在所有材料组中,PDLLA汀CP(7:3)组具有最高的压缩弹性模量和 抗压强度,PLGA俘CP(7:3)次之,PLGA TCP(5:5)最小。 6 第四军医大学博士学位论文 经过筛选,快速成型技术制备的聚酷/TCP载体各材料组,均有良好 的亲水性、孔隙率、降解性和生物相容性;PLGA江,CP(5:5)组和 PDLLA门,CP(5:5)组在复合bBMP的条件下,骨缺损修复效果优于其他 各组;制备出的各组材料具有不同的压缩弹性模量和抗压强度,可以根据 实际运用中不同压


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