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生物活性支架材料的制备及其修复骨缺损的实验研究

刘越  
【摘要】: 临床上由于创伤、肿瘤切除、感染以及发育异常等原因常常会导致骨缺损的发生。传统的骨缺损修复主要采用自体骨、同种异体骨移植、骨水泥、陶瓷及金属等。自体骨移植存在来源少,出现供骨部位并发症,给病人带来痛苦大等缺点;而异体骨移植存在排斥反应、疾病传播等问题,上述方法均存在不同程度的缺点。目前骨替代材料主要有无机材料、高分子有机材料、生物材料三种。无机材料韧性差、降解吸收慢;高分子材料存在细胞毒性及其降解吸收差等缺点;生物材料存在强度低、降解过快的问题。因此单独一种材料很难满足骨组织工程的需求。由于细胞必须依赖于细胞外基质的存在才能发挥其功能,基质材料必须具备三维结构,并有促进细胞粘附、分化的成分,而且还需要为组织再生提供一定的力学强度。因此,在骨组织工程中,支架材料的选择是一个重要方面。本研究旨在利用明胶冷冻干燥过程中易于成孔的特点制备纳米羟基磷灰石/明胶多孔支架材料,并通过复合rhBMP-2以增加材料的成骨活性,为下一步进行临床应用提供实验依据。 实验目的 1、研究nHA/明胶支架材料的制备并优选制备条件。 2、研究制备的支架材料的生物相容性。 3、提高多孔支架材料的骨诱导活性。 材料与方法 (1)多孔支架材料的制备:采用明胶与10%、20%、30%重量体积比的nHA制备三种不同的支架材料。检测三种支架材料在孔隙率、孔径大小、连通性、降解时间、PH值、力学强度、x线晶体衍射分析等方面的不同,优选出符合骨组织工程需要的多孔支架材料。(2)多孔支架材料的组织相容性:对于优选出来的多孔支架材料按照国家的标准进行溶血实验、细胞毒性实验、肌肉植入实验以及热原实验来检测制备材料的生物相容性。(3)改善多孔支架材料的体外成骨活性:利用纤维蛋白胶的特性,将复合rhBMP-2的纤维蛋白胶注入到多孔材料的内部,真空干燥后制备复合支架材料,检测复合支架材料的内部结构、rhBMP-2释放及材料对人骨髓基质干细胞分化的影响。(4)复合支架材料体内成骨活性观察:将复合多孔支架材料植入动物体内进行大体观察、X线、骨密度、组织学观察、生物力学测试,研究该材料异位成骨及其修复临界性骨缺损的情况。 结果 (1)多孔材料的制备:明胶与10%、20%、30%重量体积比的nHA制备的三种支架材料均有良好的孔隙率、孔径大小与连通性,理化性质稳定。其中以20wt%的多孔支架材料更加适合骨组织工程的需要。(2)优选的多孔支架材料无毒性、无热原性、不引起溶血反应,在兔肌肉植入实验中材料能逐渐降解,与周围组织相容性好。(3)通过纤维蛋白胶将rhBMP-2注入材料内部真空干燥的方法制备的复合支架材料孔径、孔隙率未见明显的变化,rhBMP-2体外释放缓慢;同时复合支架材料对于人骨髓基质干细胞向成骨方向的分化具有促进作用。(4)复合多孔支架材料体内具有良好的成骨活性。小鼠肌袋植入复合支架材料6周后出现成熟的骨组织;12周修复兔临界性的骨缺损。 结论 1、利用明胶易发泡的特性,采用乳液冷冻干燥法制备的nHA/明胶多孔支架材料具有良好的孔隙率、吸水性能良好、降解速度达到8周左右、PH值稳定的特点,其中20%nHA组分制备的支架材料在孔径大小、孔隙率、连通孔径、降解情况等方面更加适合骨组织修复的需要。 2、制备的多孔支架该材料无毒性,无热原性、不引起溶血反应,植入后局部组反应小,具有良好的生物学特性,符合作为骨组织工程材料基本条件。 3、体内、外实验证实复合多孔支架具有良好的骨诱导活性,是一种具有成骨活性的生物性支架材料。


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