牵张成骨结合引导成骨修复长骨骨缺损的实验研究

【摘要】： 长骨骨缺损一直是困扰矫形外科医师的难题。长骨骨缺损常见于创伤、感染、肿瘤切除等。临床上常采用内固定或外固定架结合自体骨移植、同种异体骨移植以及复合材料植入等进行修复。这些方法存在一定局限性:治疗时间长,骨化、再塑型慢,感染,再次骨折。牵张成骨应用于临床来修复长骨缺损取得了很好的临床效果,但仍存在骨化慢,治疗时间长的缺点。为此人们做了大量的研究以促进牵张成骨过程中的骨化,缩短治疗时间,如使用超声波,细胞因子,细胞移植等。但这些方法需要的费用高,没有大量推广。利用在牵张成骨中快速成骨与血管化的优点,结合生物工程材料中的新进展,我们设计该实验以研究牵张成骨结合使用具有引导成骨能力的生物材料能否缩短治疗长骨骨缺损的时间。 方法 先建立牵张成骨的动物模型。采用新西兰大白兔(雄性,20—24周龄,体重3.0—3.5公斤)。用氯胺酮与速眠新肌注麻醉,用线锯在左胫骨作一个0.5厘米或1厘米的骨缺损,用单边外固定架固定。然后按下面的分组进行处理。 1.第一组(N=10):该组截骨长度为0.5cm。将胫骨短缩0.5cm,以消除0.5cm的骨缺损,闭合伤口,在截骨术后7天开始骨延长,每天延长1mm,共延长10天。延长完成1cm后再固定20天,使牵张成骨区域进一步骨化,该组动物于截骨术后37天处死。 2第二组(N=10):该组截骨长度为1.0cm。在截骨区植入1cm长的HA/TA圆柱状复合载体,用单边外固定架固定,关闭切口。动物在截骨术后37天处死。 3第三组(N=10):该组截骨长度为0.5cm。充填0.5cm长的HA/TA圆柱状复合截体,用单边外固定架固定,消除骨缺损。于截骨术后7天开始延长,每天1mm,共延长5天。一旦延长5mm后,再生骨将再固定25天。动物将在截骨术37天处死。 4第四组(N=10):该组截骨长度为0.5cm。充填0.5cm长的HA/TA圆柱状复合截体,材料中加入75 ug rhBMP-2,用单边外固定架固定,消除骨缺损。于截骨术后7天开始延长,每天1mm,共延长5天。一旦延长5mm后,再生骨将再固定25天。动物将在截骨术37天处死。 检测:于手术当天,牵张第五天,牵张第十天,固定期第十天,固定期第二十天拍摄牵张部位的正位片。于截骨术后37天处死动物取材进行MICRO CT扫描并进行生物力学检测。再进行组织切片,采用HE染色与Alcian blue/Sirius red染色。 结果 1、X光片显示从截骨术后17天开始可以看出,使用了HA/TCP复合材料进行牵张的第三组与第四组,成骨量明显大于采用单一处理的第一组与第二组,而且密度也明显要高。在材料中加入75 ug rhBMP-2的第四组比没有加75 ug rhBMP-2的第三组成骨量大,骨密度高。 2、MICRO CT扫描结果示:使用了HA/TCP复合材料进行牵张的第三组与第四组,成骨量明显大于采用单一处理的第一组与第二组,而且密度也明显要高。骨密度及各项体视学指标也明显高于第一组与第二组。使用了加75 ug rhBMP-2的HA/TCP复合材料进行牵张的第四组成骨量及密度最高, 3、生物力学测试结果示第三组与第四组的最大扭矩与扭矩刚度均明显大于单一处理的第一组与第二组,在材料中加入75 ug rhBMP-2的第四组比没有加75ug rhBMP-2的第三组的最大扭矩与扭矩刚度也明显要高。 4、组织切片结果。使用了HA/TCP复合材料进行牵张的第三组与第四组比采用单一处理的第一组与第二组形成的骨小梁多,纤维组织少,骨塑形好。而且与两端正常骨皮质连接更好,在材料中加入75 ug rhBMP-2的第四组比没有加75 ugrhBMP-2的第三组的与两端正常骨皮质连接更好。 结论 1、联合采用HA/TCP复合材料与牵张成骨比单独用复合材料可单独牵张成骨在同一时间内成骨量更大,骨化更完全。即联合采用HA/TCP复合材料与牵张成骨能促进牵张成骨,缩短治疗时间。 2、联合使用rhBMP-2,能进一步促进成骨,缩短治疗时间。