含镁微球骨水泥及其免疫调节促骨生成研究

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可注射骨水泥因其良好的注射性及成骨活性而常用于微创植骨手术中。目前,可注射骨水泥的研究重点已经由生物惰性的聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥逐渐转变到生物活性的磷酸钙骨水泥(Calcium phosphate cement,CPC)和磷酸镁骨水泥(Magnisium phosphate cement,MPC)。然而在CPC和MPC的实际应用中,存在一些难以克服的问题:CPC的密实结构及其几乎不降解的特性限制了组织长入及骨生成;MPC的固化反应过快,导致固化时间过短,不利于临床应用。通过使用含镁微球替代MPC中的粉末以制备新型可注射骨水泥,不仅保留了MPC可生物降解性的特点,还具有良好的可注射性,这使其更适合于临床应用;更重要的是,含镁微球固化后形成的3D多孔结构及镁离子引起的免疫调节作用还有利于骨生成。因此,本论文设计并制备了含镁微球(Magnisium contaning microspheres,MMSs),表征了其表面形貌、孔径分布及物相组成。然后,制备了基于MMSs的MMSs骨水泥(MMSs cement,MMSC),并探究了其固化机制。随后,评价了MMSC的流变性、热释放、固化时间、力学强度及离子释放等物理化学性质。体外评价研究了MMSC对小鼠单核巨噬细胞(RAW264.7 cells)的炎症响应及大鼠骨髓间充质干细胞(r BMSCs)的成骨相关基因表达的影响。最后,在体内环境下研究了MMSC的炎症响应及骨生成。本文的主要研究内容包括以下几个方面:1.MMSs的制备与表征。以明胶、碱式碳酸镁及硅掺杂磷酸三钙为原料,采用液滴冷凝法制备MMSs。SEM、元素mapping和BET等表征发现:MMSs具有良好的微球形貌,且其表面及内部含有直径小于100 nm的微孔;随后的物相分析表明MMSs的物相组成为Mg O、Ca7Mg2P6O24和Mg2Si O4。2.MMSC的固化机制及物理化学性质。通过SEM、元素mapping及XRD等分析表明,MMSC的固化开始于微球间形成的新物相:NH4Mg PO4·6H2O,并在固化后形成3D多孔支架。物理化学性能分析表明:相比CPC和MPC,MMSC更能满足临床上对可注射骨水泥的要求。3.MMSC的体外免疫调节。经q RT-PCR、流式及ELISA分析发现:MMSC浸提液可以促进M2巨噬细胞极化,上调抗炎基因(CD206和IL-10)及抗炎蛋白IL-10,进而促进r BMSC细胞向成骨方向分化。4.MMSC的体内免疫调节及骨生成。HE染色、Masson染色、免疫组化染色及q RT-PCR分析表明:MMSC植入初期引发急性炎症反应,随后炎症反应逐渐消退并伴随着M2巨噬细胞极化。皮下异位骨生成模型及颅骨缺损模型研究了MMSC的骨生成能力,结果表明MMSC有效地促进了骨生成。综上,相比传统的磷酸钙和磷酸镁骨水泥,基于MMSs的可注射骨水泥不仅可以满足临床要求,还能通过其可降解性、3D多孔结构及镁离子引起的免疫调节作用促进骨生成,这显示出其在微创植骨领域巨大的应用前景。
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