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活体内降解性聚乳酸——甲壳素接骨板生物相容性组织学观察实验研究

王斌  
【摘要】: 活体内降解材料作为骨内固定材料,可提高骨伤治愈率,无需二次手术取出, 改变了既往金属等骨内固定材料的传统概念,是骨内固定材料研究的一大突破。 聚乳酸(PLA)在体内能降解为无毒的正常代谢产物——乳酸,随后沿正常生 理代谢途径彻底代谢为水和CO_2而排出体外,它在医学领域中的应用越来越 受到人们的重视。然而随着研究和应用的进一步深入,聚乳酸作为骨折内固定 材料的缺陷也进一步暴露。首先,聚乳酸的机械强度随分子量的上升而增加, 然而,聚乳酸的分子量过大虽然能够满足作为骨折内固定材料的需要,但是其 降解的时间往往较长,由此带来许多负面作用。其次,聚乳酸降解的终产物— —乳酸在局部堆积,由此导致局部组织内的PH值下降,[H~+]刺激局部组织而 发生无菌性炎症,细胞变性、坏死,局部骨质溶解,使骨折愈合延迟。另外, 聚乳酸的生物相容性仍有待于进一步提高,在某些因素的作用下,异物排斥反 应仍较为剧烈。 甲壳素(chitin)亦称甲壳质,是自然界中产量仅次于纤维素的天然多糖,经 脱乙酰化反应转变成甲壳胺。甲壳胺分子中有许多胺基(-NH_2)和羟基(-OH),容 易进行化学修饰和改性,其具有明显碱性、良好的生物相容性和降解性,降解产物为 碱性小分子N-Z酰葡萄糖和氨基葡萄糖在体内不堆积;对人体无毒、无害、无免疫 原性。 聚乳酸中含有大量的羟基(-OH)、羧基(-COOH)等活性基团;而甲壳 素中含有大量的羟基和氨基,两者通过形成氢键、酯键、胺键、离子键等形式 结合。这种结合由于分子内部化学基团的作用,使其机械强度加强,能够达到 骨折内固定材料的需要,而分子量增加不明显。 第一军医大学硕士学位论文 聚乳酸.甲壳素接骨板降解过程中,聚乳酸逐步降解释放出乳酸;甲壳素 释放出碱性小分子,碱性小分子不断与乳酸中和形成相应的盐和水分子,由于 碱性小分子的中和作用,避免了乳酸的局部堆积,消除了由此产生的无菌性炎 症、细胞变性、坏死,局部骨质溶解等不良反应。另一方面,终产物——乳酸 的不断减少,降解反应向聚乳酸降解的方向不断发展,导致聚乳酸降解加速。 另外,甲壳素优异的亲水性加速了水分子扩散渗透进入聚乳酸-甲壳素接骨板 分子的速度,从而加速了聚乳酸-甲壳素接骨板的降解速度。 本研究实组验材料为表面光滑的微黄色聚乳酸-甲壳素接骨板和螺钉 (3.OCm X 0.SCm X 0.3Cm;Q=0.ZCm),其分子量为 25 万;弯曲强度为 Z10:MPa;切剪强度为 160 Npa;弯曲模量SGpa。对照组材料为无色、表面光 滑的聚乳酸接骨板和螺钉u刀CmXO.SCmXO.3Cm;O=0.ZCm人两种材料均 由中山大学高分子研究所合成、制作。 以新西兰大白兔为实验模型,用又5%戊巴比妥钠按1刀灿烛耳静脉注射 麻醉,麻醉显效后,将实验动物兔固定于手术台上,随后脱毛、备皮,常规消 毒、铺手术巾。沿股骨纵轴切开皮肤、皮下,分离肌肉组织暴露5刀CmXZ.SCm 的股骨骨面,切开、剥离骨膜,用电钻钻2个骨孔,按预先分组用相应的螺钉 固定接骨板。确切止血、彻底冲洗,确保术区内无毛发、滑石粉等异物存在。 随后分层对位严密缝合伤口。分别于术后2周、4周、6周、8周、10周、12 周处死实验组与对照组动物各一只,按预定分组取材,制作光镜观察软组织及 骨组织切片;透射电镜观察超薄切片。 通过成骨细胞的体外培养,考察聚乳酸-甲壳素接骨板与成骨细胞间的相 互作用关系。 实验结果如下:实验组与对照组均在术后2~4周形成包膜,实验组包膜 变薄的时间要早于对照组。术后8周对照组1例发生无菌性骨髓炎,植入件移 位,其周围纤维结缔组织包膜粗厚,部分骨皮质溶解,细茵培养阴性。术后4 一 第一军医大学硕士学位论文 周实验组植入件出现边缘变钝、表面粗糙;颜色变为浅黄色等降解征象;而对 照组植入件变化不明显。术后10周实验组植入件降解为大小不等的团块或颗 粒;而对照组植入件形态仍完整,仅色泽、质地发生改变。 实验组与对照组植入体内后的早期反应符合异物植入机体的一般反应。 首先是渗出性炎症反应、肉芽组织形成,随后形成纤维包膜。4周内实验组与 对照组包膜、炎细胞浸润成分等情况未见明显差异,而每10个高倍视野的淋 巴细胞记数均值比较无显著性差异(P>0.05),提示实验组与对照组早期炎症 反应程度基本一致。而术后6周以后高倍视野的淋巴细胞记数均值比较存在显 著性差异(P<0.05),其中8周组因对照组发生无菌性骨髓炎,两组淋巴细胞 记数均值著性差异进一步增加(P<0刀1)。从术后8周起实验组软组织界面纤 维结缔组织开始退化,表现为毛细血管密度降低,成纤维细胞数目相对减少, 胶原纤维组织内部出现不规则断裂。骨组织界面术后8周包绕实验组植入件的 纤维结缔组织膜出现骨化现象,可见部分成骨样组织,并有少许新骨形成。术 后10周实验组骨组织界骨化现象进一步显著,新骨形成显著增多。术后12周 实验组可见大量新生骨形成,缺损部分己骨性修复,局部区域出现骨


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