骨移植后骨修复的基本过程是组织工程骨血管化、骨再生及骨端融合,而组织工程骨的血管化是关键环节,不仅为组织的生长提供了营养物质,而且对骨再生尤其是大段骨缺损的修复过程中细胞的活性和迁移起到了关键作用。血管化是骨组织工程研究的“瓶颈”,研究在很大程度上受制于移植物缺乏血液供应而导致细胞营养障碍,因此,骨移植材料的再血管化是丞待解决的问题。对于组织工程骨的血管化研究,大多实验以复合细胞和细胞因子及利用外科手术技术来促进移植材料的血管化进程。但有研究表明,即使在富含有细胞及骨诱导因子的自体松质骨,其移植后对成骨和愈合发生关键影响的仍是其作为疏松多孔体能够快速发生血管化这一因素。作为组织工程化人工骨支架的骨替代材料,具备这种类似的多孔框架结构而发生快速血管化,建立与宿主机体一体化的骨修复、再生机制,可能将成为决定移植后效应的最重要因素。寻找影响血管化的结构因素,测定最佳的结构参数是探索支架材料血管化的最优结构的研究重点,目前,有关这方面的的研究甚少,并缺乏具体的定量结果,同时,以往研究制作的材料结构不规则,孔隙大小不均一,连通径小,使实验结果有一定的局限性,导致得出的结论并不一致。因此,本研究的目的是要探讨支架结构对骨移植材料血管化的影响机制,寻找有利于血管化的最优结构,并通过研究得出具体的结构参数。研究选用一种结构可控性多孔磷酸三钙生物陶瓷作为研究对象,该材料具有独特的球形孔隙,孔壁光滑,孔隙连通率100%,且孔隙和孔隙间连通结构均较一致,并可根据需要改变材料孔隙和连通径大小。本课题分两部分进行,第一部分首先从大体结构考虑,将具有规则孔隙结构和较高连通率的多孔β-TCP生物陶瓷圆片体与相同重量的β-TCP颗粒植入兔腰背筋膜下,比较两种三维结构体内血管化的优劣,寻找影响血管化的结构因素。植入后1周、2周、4周、8周对材料进行组织学观察、同位素骨扫描及扫描电镜等检查,结果证明:多孔β-TCP生物陶瓷圆片体内血管化进程较快,术后4周,人工骨材料内全层出现新生血管,血管数量多,管腔较大,且较为成熟。而颗粒状材料血管化进程缓慢,血管数较少,管腔小,结构差。4周时,仍以发育幼稚的毛细血管为主。分析后认为良好规则的孔隙结构和较大的孔隙连通径和连通率更有利于血管的形成,而植入的β-TCP颗粒相互接触,颗粒之间存在很多不规则的自然孔隙,部分孔隙连通通道狭小,走行不规则,一些相邻孔隙因颗粒接触致密,出现连接盲区。这些狭小的间隙不利于血管的长入,尤其是大血管的形成。而出现的连接盲区也无法使毛细血管贯穿几个孔隙,并连接成网。由此看出,孔径和连通径是制约材料血管化的主要结构因素,这一结果是对以往研究结果的具体化。第二部分实验,基于第一部分实验结果,选用了孔径和连通径不同的8种微观结构的人工骨材料,目的是研究有利于β-TCP人工骨的体内血管化的最佳孔径和连通径,得出影响支架血管化的具体结构参数,探索结构对血管化方式的影响机制。本实验将具有不同孔径和连通径的8种结构的材料植入到与实验一相同的动物模型,植入后1周、2周、4周、8周取材,并采用与实验一相同的观测指标和观察方法。结果发现,不同的孔径和连通径的材料体内血管化程度不同,具有较大孔径和连通径的材料血管化也较好。具体的说,在大孔径材料中,大管径的血管数量较多,在连通径较大的材料中,血管数量较多,而且管腔较连通径小的材料大。同位素骨扫描的结果也证明了这一结论。更有趣的是,孔径400～500μm,连通径120μm的材料表现出更为良好的血管化效应,不仅血管数量多,大管腔血管所占比例也较大。可见,孔径和孔隙连通径的大小影响着材料体内血管化的程度,具体表现在,孔间连通径是新生血管数量的制约因素,材料内部孔隙和孔连通径大小共同制约着血管管腔的大小,孔隙间连通是血管进出的门户,而孔隙则是血管管腔发育成熟的场所,大的孔隙可以为管腔的发育提供更大的空间。而孔内连通率高,连通径大的材料更有利于血管交联成网,形成血管数量较多。同时,材料的这两个结构参数只有在一个合适的比例下才会表现出更佳的血管化作用。本实验的设计思路和所选用的支架材料在结构上的变化,是以往研究所没有的,具有一定的创新性。另外,本实验也得出了比以往研究更具体、更新的结果,不仅得出孔径和连通径是影响材料血管化的因素,及两个结构因素对血管的数量和管径的不同影响机制,而且具体到了有利于血管化的孔径和连通径的最佳参数。这个课题的发现将为改善人工骨材料体内血管化的方法提供新的思路,同时也为骨移植材料的最优结构的选择提供一定的借鉴。