载补骨脂素微/纳米形貌缓释系统对骨质疏松大鼠骨结合的影响

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目的:本研究通过对钛植入体表面进行微纳米级处理、补骨脂素的加载和壳聚糖多层膜的涂覆构建载补骨脂素微/纳米(MN-Pso-CHI)形貌缓释系统植入体。继而通过CCK-8细胞毒性实验体外评估MN-Pso-CHI形貌缓释系统对小鼠MC3T3-E1成骨细胞的影响,体外药物释放实验研究MN-Pso-CHI形貌缓释系统补骨脂素的释放规律。进而构建骨质疏松大鼠模型,体内实验研究补骨脂素协同微纳米仿生形貌促进早期骨结合、增强种植体稳定性的可能性。方法:纯钛钛片经抛光、酸蚀、阳极氧化、真空辅助下物理吸附和旋涂方法建立以下5组表面形貌:光滑组(ST)形貌、载补骨脂素光滑组(ST-Pso)形貌、微纳米组(MN)形貌、载补骨脂素微纳米组(MN-Pso)形貌、壳聚糖涂覆的载补骨脂素微纳米组(MN-Pso-CHI)形貌。利用扫描电镜观测以上5组钛片表面形貌,接触角测量仪测量以上5组表面形貌的表面接触角。UV-8000紫外-可见分光光度计测定ST-Pso、MN-Pso、MN-Pso-CHI组形貌体外补骨脂素释放情况,计算累计释放量和累计释放百分比。将小鼠MC3T3-E1细胞接种于以上5组形貌钛片表面培养1、4、7天,进行CCK-8细胞毒性实验。选取36只无特定病原体(specific pathogen free,SPF)的3月龄雌性SD大鼠适应环境喂养一周后,随机分为骨质疏松组33只和假手术组3只,骨质疏松组移除双侧卵巢,假手术组移除卵巢周围等量脂肪组织,饲养3个月后两组各随机取3只进行Micro-CT扫描并三维重建以确定骨质疏松模型的成功建立,进而将上述5组形貌钛植入体分别植入至30只雌性SD骨质疏松模型大鼠双侧股骨干骺端,28天后取样进行甲苯胺蓝染色和micro-CT扫描并三维重建。结果:(1)表面形貌分析结果:扫描电镜显示ST钛表面仅有少许打磨处理的划痕;MN钛表面在10.00k×镜下呈不规则的阶梯结构,100.00k×镜下呈规则均匀的纳米管状结构,管径约78~80nm;MN-Pso组钛表面的Ti O2纳米管结构被部分封堵;MN-Pso-CHI组壳聚糖多层膜形成了均匀的表面完全覆盖了钛表面的纳米管结构。ST组形貌表面的接触角约为80.8±1.7°,ST-Pso组形貌表面的接触角约为87.5±3.2°,MN组形貌表面的接触角约为47.3±2.7°,MN-Pso组形貌表面的接触角约为73.5±2.0°,MN-Pso-CHI组形貌表面的接触角约为64.8±1.8°。(2)补骨脂素加载量和释放规律检测结果:ST-Pso、MN-Pso、MN-Pso-CHI组药物累计释放量分别为5.18、10.05、10.78μg,ST-Pso组载药量最小且释放时间仅为1天;MN-Pso组第一个24小时药物释放百分比为89.33%,3天达最大释放。MN-Pso-CHI组第一个24小时的药物释放百分比为56.68%,释放时间达15天。(3)CCK-8细胞毒性实验结果:各组在7天内均呈持续增殖状态。MN-Pso-CHI组在第7天增殖最高,这与补骨脂素的持续释放有关。这些数据表明,MN-Pso-CHI形貌可以作为生物兼容的生物材料。(4)体内动物实验结果:甲苯胺蓝染色以及Micro-CT三维重建显示MN-Pso-CHI组较其余四组新骨形成更多且更为致密。骨接触率(BIC)、骨体积分数(BV/TV)、骨小梁厚度(Tb.Th)和骨小梁数目(Tb.N)呈ST<MN<MN-Pso-CHI(P<0.05),骨小梁分离度(Tb.Sp):ST>MN>MN-Pso-CHI(P<0.05)。动物实验验证了MN-Pso-CHI形貌缓释系统补骨脂素协同微纳米形貌促进早期骨结合、增强植入体稳定性的可能性。结论:本实验成功构建了载补骨脂素微/纳米(MN-Pso-CHI)形貌缓释系统。MN钛表面较ST钛表面具有更高的载药量,MN-Pso-CHI组形貌缓释系统具有最优异的缓释性能,MN-Pso-CHI组形貌缓释系统植入体补骨脂素可协同微纳米形貌促进早期骨结合,增强植入体的稳定性。
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