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研究背景股骨头坏死(ONFH)是一种致残性疾病,多累及中青年患者,股骨头坏死后一旦发生塌陷,只能通过全髋关节置换治疗。早期ONFH的公认、有效的治疗方法是髓心减压联合植骨。现有植骨材料多为填充性材料,骨引导和骨诱导性能欠佳,难以满足临床需要,亟需一种有成骨性能优异的新型骨修复材料。研究目的我们课题组旨在合成一种含有元素镱(Yb)的镁铝水滑石(MgAl-LDHs)单层纳米片,同时负载抗骨质疏松药物阿仑膦酸钠(AL),使其具备良好生物学性能,一方面可以显著促进骨坏死区域的骨再生,另一方面具备可注射性和成像性能,便于术者操作以及术中成像。研究方法以 Mg(NO3)2·6H2O、Al(NO3)3·9H2O、Yb(NO3)3·5H2O 为原料,通过水热反应共沉淀法制备MgAl-LDHs纳米片,AL通过亲水基团负载于LDH表面。通过硝酸铈氧化法测定AL浓度,计算载药量和包封率。用等温量热滴定法测定AL和LDH之间的相互作用。分别用高分辨扫描电镜(HRTEM),micro-CT、原子力显微镜(AFM)、电感耦合等离子体发射光谱(ICP)、傅里叶变换红外光谱法(FT-IR)、X射线光电子能谱分析(XPS)、能量色散X线光谱(EDX)、动态光散射(DLS)等测定LDHs和AL/LDHs的结构表征。制备不同浓度LDHs、AL/LDHs、AL的材料浸提液,材料浸提液培养MC3T3-E1细胞,CCK-8实验和流式细胞术验证材料的细胞毒性。通过q-PCR、茜素红S染色、ALP染色、免疫印记分析分别从成骨相关标记物的转录、翻译和细胞外基质矿化水平验证材料对MC3T3-E1细胞的促成骨作用,使用FITC标记的鬼笔环肽染色观察细胞成骨分化的形态学改变。使用液氮冷冻法建立新西兰大白兔骨坏死模型,设置LDHs组、AL/LDHs组、阴性对照组和阳性对照组(自体骨移植),注射填充相应骨移植材料。于术后2、4、8周,分别使用ICP-MS测定兔血液中镁离子和铝离子浓度,兔肝脏、肾脏、脊髓标本经苏木精-伊红染色(H&E)检测材料的体内安全性。用micro-CT扫描兔股骨标本,定量分析股骨干和股骨头的再生骨量,再经H&E染色和抗骨膜蛋白染色镜下观察成骨情况。研究结果LDHs粒径约为50nm,厚度约为0.9nm。EDX及XPS谱图可见Mg、Al、Yb三种元素均匀散布。FT-IR证实AL成功负载到LDHs纳米片表面,负载后纳米片结构学特征未发生明显变化,AL与LDHs质量比为2:1时LC和EE最大,分别是197%和 98.6%。AL 组 MC3T3-E1 细胞死亡,100μg/mL 的 LDHs 及 AL/LDHs 组的细胞OD值与培养时间呈正相关性,流式结果与空白对照无明显差异。实验组兔肝脏、肾脏、脊髓镜下组织结构同空白对照组未见明显差异。LDHs组和AL/LDHs组的成骨标志物在转录水平、翻译水平均显著高于空白对照组。动物实验中,术后4周和8周,LDHs组和AL/LDHs组骨再生总量和股骨头骨密度显著高于阳性对照组。结论MgAlYb-LDHs纳米片具备良好的体内外生物相容性、可注射性、可显像性,且可以有效负载AL,能够促进骨坏死区域骨再生和远隔部位骨密度增加,对于伴有全身性骨质疏松的局部骨坏死患者有一定的应用价值。