背景骨缺损或骨不连是骨科及颅颌面整形外科最常见的难题之一,常常由创伤、肿瘤、先天性畸形、炎症等因素导致。骨缺损和骨不连的修复包括自体骨移植、异体骨移植、生物医学材料修复等方法。自体骨移植为骨修复治疗的“金标准”,然而具有来源有限、供区损伤、术后并发症等缺点。异体骨移植的临床效果尚可,但具有免疫原性、可能传播疾病等缺点。在生物医学材料领域,研究发现,多孔双相钙磷陶瓷的成骨作用显著,目前已成功应用于非承重部位的骨缺损修复及口腔修复材料的制备。然而,双相钙磷陶瓷诱导成骨的作用机制未明,不同微结构的双相钙磷陶瓷的诱导成骨效率缺乏一致性和稳定性,主要表现为:其诱导成骨效率与其化学成份、微观物理构造密切相关。故而,进一步探索双向钙磷陶瓷诱导成骨的作用原理,是优化材料结构的理论依据和必经之路。Notch信号通路是调控骨骼发育和重塑的重要信号通路。研究表明,骨折部位早期可表达高水平的Jaggedl(Notch信号通路配体),具有促进成骨的作用。此外,将生物医学材料与骨前体细胞共培养时,可检测到Notch信号通路相关因子的表达。上述结果提示,Notch信号通路不仅可以调控骨折愈合,而且可能在生物材料介导的骨修复过程中发挥重要作用。目前,双相钙磷陶瓷诱导成骨过程中,Notch信号通路的时空表达规律及其对成骨的调控作用尚未明确。在此研究背景下,笔者提出如下假说——“双相钙磷陶瓷可能通过增强或抑制Notch信号通路的表达,从而发挥成骨诱导作用”。本研究拟从信号通路水平探索双相钙磷陶瓷的成骨机制,为进一步优化材料结构提供理论依据,预期缩短治疗时间,提高临床效果,从而为骨缺损或骨不连的修复提出治疗新策略。目的利用固态机械混合法及发泡法,制备一种高孔隙率的双相钙磷陶瓷;评估钙磷陶瓷的生物学相容性及诱导成骨作用;探索双相钙磷陶瓷诱导成骨中Notch信号通路相关因子的时空表达规律及其骨向分化的调控作用。方法本实验利用固态机械混合法,将羟基磷灰石及β-磷酸三钙以6:4的比例,在1100℃条件下烧制3小时,利用过氧化氢发泡法制造材料的孔隙。利用压汞仪、X线衍射分析、扫描电子显微镜测定材料的基本参数。将骨髓间充质干细胞与材料共培养,通过观察粘附在材料表面细胞的形态、增殖活性,客观评估材料的生物学相容性。通过分析细胞分泌的碱性磷酸酶活性、异位成骨比例及面积,定量评判该材料的骨诱导效率。利用Notch信号通路特异性抑制剂RO4929097,结合骨髓间充质干细胞、双相钙磷陶瓷体外共培养模型和比格犬体内异位成骨模型,探索Notch信号通路在双相钙磷陶瓷成骨机制中的作用及其规律。结果1、成功制备大孔尺寸为380±50μm、总孔隙率为70.8%、比表面积为0.970 g/cm3的双相钙磷陶瓷圆片及颗粒。2、双相钙磷陶瓷生物学相容性好,在体外与骨髓间充质干细胞共培养可促进其骨向分化潜能。植入比格犬体内12周后,成骨效率较高,77±11%的大孔中可见新生骨样组织,成骨面积达71±14%。3、体外试验中,与双相钙磷陶瓷共培养的骨髓间充质干细胞中检测到上调的Notch信号通路及成骨相关目的基因,添加RO4929097后,双相钙磷陶瓷的成骨作用受到明显抑制;体内实验中,8周时比格犬异位成骨作用下降。上述结果证明,双相钙磷陶瓷可以通过上调Notch信号通路的方式,促进骨髓间充质干细胞的骨向分化,从而促进早期成骨。体内实验中,12周时对照组与抑制剂组相比,比格犬异位成骨作用的差异无明显统计学意义,提示Notch信号通路的调节作用在双相钙磷陶瓷诱导成骨的晚期无明显优势。此外,双相钙磷陶瓷的骨诱导过程涉及多种其他信号通路,Notch信号通路与其他信号通路的相互作用仍待进一步研究。结论1.双相钙磷陶瓷是一种生物相容性好、具有优良骨诱导性的生物材料。2.微结构双相钙磷陶瓷能诱导骨髓间充质干细胞骨向分化。3.Notch信号通路的调节作用在双相钙磷陶瓷诱导成骨的早期阶段发挥正向调控作用。