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聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate,PMMA)骨水泥是目前骨科临床手术中普遍应用的一种骨粘合及填充材料,在经皮椎体成形术(percutaneous vertebroplasty,PVP)的应用中,PMMA骨水泥已经有近30年的临床使用历史,其安全性和即刻有效性已经获得大量理论证明和临床实践证实。然而,据报道PMMA骨水泥尚存在弹性模量过高和生物相容性不佳两大不足,弹性模量过高会导致相邻椎体骨折,磨损椎体终板,生物相容性不佳会引起骨水泥在椎体中松动、游离甚至脱出的不良后果。本研究将矿化胶原颗粒材料整合到目前临床常用的椎体成形PMMA骨水泥中,对骨水泥进行了改性,并对改性结果进行了可操作性能、机械性能和体内外生物学性能的评价。(1)探索研究了矿化胶原颗粒加入PMMA骨水泥的量,以及在骨水泥使用过程中各组分之间的混合方式,并对新型改性骨水泥的可操作性进行测试,包括可注射性、凝固最高温度与凝固时间等;(2)对矿化胶原改性PMMA骨水泥进行了机械性能测试,筛选出矿化胶原颗粒的最优添加比例;(3)通过体外细胞实验测试改性PMMA骨水泥的生物相容性与骨诱导性,同时,通过动物实验测试改性骨水泥的生物安全性和长期有效性;(4)通过基因芯片探索了矿化胶原诱导干细胞向成骨细胞分化的机理。最终,证明使用矿化胶原颗粒对椎体成形PMMA骨水泥进行改性对骨水泥的可操作性影响甚微,符合医生在临床行椎体成形术中的操作习惯;机械性能方面,在保持骨水泥固化体强度的同时显著下调其弹性模量,降低了椎体成形术中填充材料的硬度,减少了相邻椎体二次骨折的发生率;细胞实验表明矿化胶原的添加能够显著改善PMMA骨水泥的细胞相容性,经矿化胶原改性后的PMMA骨水泥在诱导人源骨髓间充质干细胞向成骨分化方面有显著提高;动物实验方面,矿化胶原改性PMMA骨水泥在植入动物体内一段时间以后,其表面的矿化胶原颗粒被逐渐降解吸收,同时引导新生骨组织长入矿化胶原降解后形成的孔隙结构中,形成稳定的植入物-自体骨界面。