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外伤、感染和肿瘤等引起的骨关节缺损是矫形外科医师面临的一大挑战。自体吻合血管的骨关节移植效果最佳,但供区来源极为有限,技术难度大,供区并发症多,只适应于小段骨关节缺损及手部的重要骨关节缺损的修复;金属、高分子材料及陶瓷等假体可用来修复骨关节缺损,但他们有一个共同问题,即容易折断、下沉、疲劳骨折等导致需要翻修;同种异体骨关节移植主要有难以克服的免疫排斥问题,至今未能广泛开展。具有生物活性的天然生物衍生型骨关节材料的研究是目前世界医学组织工程学界的重点课题,如能研制出一种能与受体愈合,并存活的生物假体,那将是生物材料科学研究领域的一场革命,并能使成千上万因骨关节缺损而造成的残疾患者重返社会,造福人类。近年来较多研究发现异体脱蛋白骨关节(deproteinized osteo-articulation,DPOA)主要由无机骨矿化物和骨胶原组成,所以其免疫原性较低,具有天然骨组织的密集孔隙-网状结构系统,有利于新生血管的长入和间质细胞的迁入,是骨发生细胞附着的有效支架,不但能促进成骨细胞的分化和细胞外基质的合成,且易为受体破骨细胞接近清除,从而诱导骨的发生。同时发现,虽经脱蛋白、脱脂等一系列生物化学处理,其关节骨端仍非常光滑,且有与移植宿主骨关节一致的外形结构,能够在解剖学上与之匹配,还有较好的机械强度和生物力学性能,更适合作为骨关节移植材料。但这种长段大块单纯的DPOA材料移植缺乏骨诱导能力,且由于其血供来源只源于材料与宿主骨接触的一端,血管从近端宿主骨及受体周围向材料长入,这个过程无疑是很缓慢的。因此为DPOA材料辅助以诱导成骨和血管化生长因子是非常必要的一项举措,于是我们采用已被公认具有较强的成骨诱导和促血管生成作用能力的生长因子——血管内皮细胞生长因子(vascular endothelial growth factor ,VEGF)与骨形态发生蛋白-2(bone morphogenetic protein,BMP-2),并以钙磷骨水泥(calcium phosphate cement,CPC)作为上述生长因子的缓释载体,从而达到局部生长因子的持续高浓度释放,在较短的时间内使材料“活化”,与宿主骨达到骨愈合,并最终成为自身组织,修复骨关节缺损。本实验从三个方面进行研究,主要方法、结果及结论如下:1.骨关节修复重建材料—脱蛋白骨关节的制作及相关检测取新鲜成年杂交犬股骨下段,采用过氧化氢-乙醚法制作成生物衍生骨关节材料—脱蛋白骨关节(DPOA)。经大体、扫描电镜、倒置相差显微镜和体视学显微镜观察及多项理化检测,证实用该方法制得的DPOA材料中的蛋白质、脂质成分基本被去除,降低或消除了免疫原性,且该材料具有与原骨关节组织基本相同的解剖外形、孔径、孔隙率、孔间交通率以及孔内表面结构等孔隙-网架三维结构系统,是一种理想的骨关节移植材料。2.钙磷骨水泥作为rhVEGF与rhBMP-2载体的体外释放实验研究利用钙磷骨水泥(CPC)可降解、反应不产热等特点,将rhVEGF与rhBMP-2用CPC固化液溶解,再与CPC粉末充分调和混匀,常温下固化,将CPC其作为生长因子rhVEGF与rhBMP-2载体。经过X射线衍射分析发现上述生长因子的加入并不影响CPC的固化及其向HA晶体转化的过程,相互之间并未发现生物反应,肯定了CPC作为载体的稳定性。用高效液相色谱分析仪检测发现CPC对rhVEGF和rhBMP-2体外释放动力学规律基本相似,24 h左右为爆发性释放,释放量为13%左右;第1～7天呈现快速释放,释放量与时间成直线关系;第7天以后释放速度减慢,可持续释放至8周左右甚至更长。这证实了CPC作为rhVEGF与rhBMP-2缓释载体的可行性。3.异体脱蛋白骨关节复合钙磷骨水泥与rhVEGF+rhBMP-2修复骨关节缺损的实验研究36只成年杂交犬随机分成A、B、C 3组, A组:CPC /rhVEGF/rhBMP-2/ DPOA关节移植组,复合rhVEGF/rhBMP-2的CPC在DPOA表面均匀涂层并髓腔部分填塞。B组: rhVEGF/rhBMP-2/ DPOA关节移植组,rhVEGF/rhBMP-2直接滴注于DPOA内。C组:单纯的DPOA关节移植组。术后在相应时间段做成骨、血供重建、免疫排斥反应及生物力学测试等相关检测。X线、组织切片HE染色及I型胶原免疫组织化学分析、透射电镜检查、墨汁灌注微血管分析、膝关节动脉灌注血流量ECT观察、生物力学测试及T淋巴细胞亚群流式细胞分析显示:A组骨痂形成,材料与宿主骨的愈合均明显好于B、C组且关节远端可见软骨细胞团的形成;A组血管生成和血流量明显多于B、C组;A组早期引起的免疫排斥反应明显低于B、C组,后期免疫反应无明显差别,B、C组间在成骨和血管化方面未见明显差异。综上所述,CPC /rhVEGF/rhBMP-2/ DPOA骨关节移植,利用CPC作为缓释载体,以达到局部持续、有效的rhVEGF和rhBMP-2释放,诱导骨与软骨的形成并促进移植物的早期血管化,为骨愈合带来丰富的靶细胞和生长因子,创造成骨的最佳微环境,使移植物逐渐“活化”,达到移植体与受体早期骨性愈合并最终成为受体自身组织,为骨关节缺损的修复提供了一种有效的治疗手段。