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胶原/羟基磷灰石一体化支架修复关节软骨损伤的实验研究

杨波  
【摘要】: 临床上关节软骨损伤常见,是很难修复的病症之一,多由创伤、炎症和退变等原因所致。软骨的再生和自我修复能力极其有限,而且关节软骨病变多伴随着软骨下骨的病变,而软骨下骨病变又可以影响其上软骨的新陈代谢,给临床治疗带来一定的困难。通过组织工程学方法和手段修复关节软骨缺损成为一种新的治疗模式,为临床修复骨软骨缺损提供了新的思路。 本实验研究了胶原/羟基磷灰石(HA)一体化支架材料的制备、生物学特性以及对关节骨软骨复合缺损的修复作用,探讨其用于骨软骨损伤修复的可行性。实验的内容和结果如下: 1、胶原/HA一体化支架材料的制备 目的:制备胶原/HA一体化修复材料,并对其物理特性进行检测。方法:以胶原和HA为原料,采用冷冻干燥的方法分别制成胶原以及胶原/HA的多孔支架,其中胶原/HA支架的复合比例为胶原:HA=1:3,将上述支架压实后放入1%1-乙基-3-碳二亚氨/ N-羟基琥珀酰亚胺(1%EDC/NHS溶液)交联溶液中,4℃交联24小时后取出,再放入冷冻干燥机干燥24小时后得到一体化的修复体。通过扫描电镜观察材料内部结构、测量孔径大小,排水法测量材料的孔隙率。结果:支架具有疏松多孔结构,其中软骨层孔径大小90μm±15μm,骨层孔径大小120μm±20μm,孔隙率75%±5.0%。结论:胶原/HA一体化支架材料具有适宜的孔隙结构和孔隙率,有望成为一种骨软骨组织工程材料。 2、胶原/HA一体化支架材料的生物学特性研究 目的:对胶原/HA一体化修复材料的细胞相容性和组织相容性进行评价。方法:通过密度梯度离心法分离兔骨髓基质细胞,将材料与第二代骨髓基质细胞复合,24孔板内培养,MTT法分别在接种后的第1、3、5、7、9d测定细胞在材料上的生长曲线。将培养一周的细胞材料复合体固定、干燥以及喷金后,扫描电镜观察细胞在材料上的生长粘附情况。取胶原/羟基磷灰石支架材料植入兔股部肌袋,分别于术后4周、8周取材,HE染色后组织学观察材料的组织相容性。结果:细胞在材料上增殖迅速,MTT检测其OD值由1d时的0.293上升至9d时的1.497,基本呈现对数生长趋势。扫描电镜可见细胞生长状态良好,黏附于支架表面及孔隙侧壁,细胞伸展并通过突起相互连接成片。组织学切片显示术后4周植入物—组织界面有炎症细胞浸润,无组织变性及坏死现象。植入8周后炎症细胞数量减少,可见材料部分降解。结论:骨髓基质细胞能够在胶原/HA一体化材料上迅速增殖,生长状况良好,植入体内后未见明显排异及过敏反应,能够与植入部位组织很好的相容,具有良好的组织相容性。 3、胶原/HA一体化支架材料修复兔关节骨软骨缺损 目的:将胶原/HA支架材料植入兔膝关节软骨缺损,观察其生物活性,评价其修复效果。方法:在兔膝关节的股骨髌骨槽造成直径5mm、深及髓腔的骨软骨缺损,植入一体化修复材料,部分关节缺损旷置作为对照,分别术后12周、24周取材进行大体及组织学观察。将组织进行脱钙处理后石蜡切片,依次行HE染色以及甲苯胺蓝染色,对新生骨软骨形成情况进行分析。结果:12周实验组可见缺损处被透明组织覆盖,与周围软骨紧密连接,无明显分界线;对照组缺损明显,仅少量组织填充。24周实验组实验组修复良好,新生组织软骨表型明显;对照组仍有较深缺损,可见纤维组织填充。结论:胶原/HA一体化修复材料能够较好的修复关节骨软骨缺损。 本研究结果表明胶原/HA一体化支架材料具有适宜的孔隙结构,对兔骨髓基质细胞的形态、细胞生长增殖等均无影响,具有良好的生物相容性,对软骨及软骨下骨修复良好,新生的修复组织之间及缺损区间的整合良好,修复效果满意,有望为关节骨软骨缺损的修复提供新的思路。


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