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乌贼骨转化羟基磷灰石材料(CBHA)的制备及其作为骨组织工程支架材料的应用基础研究

陶凯  
【摘要】: 目的:骨组织工程的研究进展为临床骨缺损的修复提供了新的思路,其中支架材料是核心问题之一。本研究以乌贼骨为原料,通过水热反应转化生成羟基磷灰石材料,并探讨该材料作为骨组织工程支架材料的可行性。 方法:(1)海洋生物乌贼的脊骨取材,高温高压条件下与磷酸氢二铵反应,反应前后的材料进行X射线衍射分析(XRD)、红外吸收光谱分析(FTIR)和X射线能谱分析(XRS),分析反应前后物质的物相组成和晶体构型。同时比较了不同温度、不同压力和不同反应时间对于反应结果的影响。(2)以扫描电子显微镜观察水热反应产物的空间结构,评价其是否具有作为组织工程支架材料所需要的网状结构。(3)采用感应耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP-AES)对乌贼骨进行金属元素分析,评价其毒性元素的水平;同时对水热反应产物进行溶血实验、细胞毒性实验和细胞贴附实验等,评价其生物相容性。(4)体外分离培养骨髓基质成骨细胞,并将骨髓基质成骨细胞与水热反应产物复合,植入无免疫动物裸鼠背部皮下,观察此复合人工骨在无免疫动物体内的成骨能力。(5)将骨髓基质成骨细胞与水热反应产物复合,自体移植修复兔颅骨缺损,观察此复合人工骨的骨缺损修复能力。 结果:(1)XRD、FTIR和XRS分析显示,乌贼骨的化学组成是碳酸钙,晶体型是文石型;高温高压条件下,乌贼骨与磷酸氢二铵反应生成羟基磷灰石,即乌贼骨转化羟基磷灰石材料(CBHA)。(2)不同温度、不同压力下此水热反应的速度不同。在180℃、0.99MPa下,反应2d后完全转化成为CBHA;在250℃、3.92MPa下,反应3h后完全转化成为CBHA。(3)不同反应时间下,生成不同文石/HA比例的梯度材料。在180℃、0.99MPa条件下进行水热反应时,12h后,HA占24%; 第四军医大学博士学位论文 id后,HA占44%;Zd后,HA占100%。在250℃、3.92MPa条件下 进行水热反应时,lh后,HA占20%;Zh后,HA占78%;3h后,HA 占 100%。④CBHA材料在宏观上保持了多孔网状结构的特点,网孔间 相互交通;在微观上出现了微球结构,它们又是由许多纳米级的微球、 微丝、微管、微粒所构成,从而形成一种自组织的纳米材料体系。(5) 两组 CBHA材料的兔血溶血率分别为 0.004和 0刀05,骨髓基质成骨细 胞(MSO)与材料的浸提液共培养条件下生长状况良好,MSO在体外 培养的条件下贴附增殖良好,表现出良好的生物相容性。历)CBHA与 骨髓基质成骨细胞复合所形成的复合人工骨在裸鼠皮下成骨明显,成 骨量随时间延长逐渐增加。(7)CBHA与骨髓基质成骨细胞复合所形成 的复合人工骨修复兔颅骨缺损效果良好,明显优于单纯植入CBHA组 和空白对照组。 结论:(1)乌贼骨化学组成为碳酸钙,晶体构型为文石型。(2)在高 温高压条件下,乌贼骨可以与磷酸氢二铰发生水热反应,最终产物是 羟基磷灰石。①上述水热反应的速度具有温度和压力依赖性。(4)通过 调整反应的温度、压力和时间,可以形成梯度羟基磷灰石材料。(5) CBHA材料在宏观上保持了多孔网状结构,微观上表现为自组织纳米 体系,从而形成自组织纳米羟基磷灰石材料。(6)CBHA材料生物相容 性良好。mCBHA/骨髓基质成骨细胞复合人工骨在无兔疫动物皮下成 骨作用良好。仰CBHA/骨髓基质成骨细胞复合人工骨自体移植修复颅 骨缺损效果良好。(9)CBHA材料有可能成为一种支架材料用于骨组织 工程的研究和应用。


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