研究背景:骨缺损,尤其是临床上临界性骨缺损的治疗,仍然是临床上的非常棘手的个问题,目前临床上治疗临界性骨缺损的重要手段之一就是使用骨移植替代技术植入骨移植替代材料,从而对骨缺损进行修复,虽然新技术、新材料都层出不穷,但仍没有大家公认的最好的治疗临界性骨缺损的骨移植替代材料,故研发新型的骨移植替代材料一直在路上。本实验室最初研究并获得含锶a-半水硫酸钙(Sr-α-CSH),含锶硫酸钙其在保持硫酸钙良好生物性能(生物相容性、骨传导性)的同时,由于锶离子的加入,材料具有一定的骨诱导性,但随着锶离子的浓度的升高,其降解速率上升是存在的一大缺陷,后期针对这一缺陷,本实验尝试将纳米羟基磷灰石(n-HA)与Sr-α-CSH进行复合,经过一系列的实验验证,最后得到一种生物性能更好的复合材料---即Sr-α-CSH/n-HA复合材料。该Sr-α-CSH/n-HA复合材料生物相容性良好且兼具骨诱导性和骨传导性,并且该复合材料的降解性能较Sr-α-CSH有明显提升,但该Sr-α-CSH/nHA复合材料随着含锶浓度的增高,材料抗压强度明显下降,骨支撑效果相对减弱,且该材料骨缺损的修复能力相比Sr-α-CSH虽然有明显的提升,但仍不能满足临床要求,为了解决这一系列问题,我们尝试载入一种合适的药物来增强其成骨能力,同时减少含锶浓度过高带来的弊端,以期获得一种性能更好的骨移植替代材料。阿司匹林,是一种用于治疗人类疾病100多年的合成化合物,是一种非常流行的解热、抗炎、镇痛药物。最近,不少研究人员发现阿司匹林对骨骼健康有一定的作用,阿司匹林可以促进骨髓间充质干细胞的成骨分化,抑制骨髓间充质干细胞的成脂分化,并且可以激活成骨细胞活性,抑制破骨细胞的活性,从而导致骨形成的增加。此外,研究表明,阿司匹林对骨髓微环境也有一定的改善作用,故而本研究尝试通过相关工作,将阿司匹林载入我们前期研究所得的含锶α-半水硫酸钙(Sr-α-CSH)与纳米羟基磷灰石(nHA)复合材料,形成一种载阿司匹林的Sr-α-CSH/nHA复合材料,以期获得一种性能更好的临界性骨缺损的骨修复材料。研究方法:1.载阿司匹林的Sr-α-CSH/nHA复合材料的制备及相关属性检测水热法及共沉淀制备含锶浓度为5%的α-半水硫酸钙(Sr-α-CSH),用蒸馏水配制不同浓度的阿司匹林溶液,然后5%的含锶α-半水硫酸钙与纳米羟基磷灰石按固定质量混合均匀后以固定的液固比用不同浓度的阿司匹林溶液调匀(阿司匹林浓度为50vg/ml、200vg/ml、800vg/ml以及3200vg/ml)、使用磨具制作得到相应的复合材料样品,样品呈圆柱状。随后进行物理特性和表征的检测:X线衍射分析(XRD)、傅里叶红外光谱分析(FT-IR)、抗压强度测试(CST)、电镜(SEM)。2.载阿司匹林的含锶α-半水硫酸钙(Sr-α-CSH)与纳米羟基磷灰石(nHA)复合材料对SD大鼠BMSCs增殖、分化及迁移能力的影响按照国际统一标准制备载不同浓度的阿司匹林的Sr-α-CSH/n-HA复合材料浸提液,第二代的BMSCs用浸提液进行干预,浸提液对BMSCs的增殖能力的影响使用CCK-8法进行检测,浸提液对BMSCs迁移能力的影响用划痕实验来评定。浸提液处理后的BMSCs的成骨相关基因(ALP、BSP、RUNX2)的表达使用实时定量PCR(qRT-PCR)来检车,浸提液对BMSCs成骨矿化的影响使用茜素红染色进行分析。3.载不同浓度阿司匹林的Sr-α-CSH/n-HA的复合材料修复临界性骨缺损。我们采用的骨缺损模型为SD大鼠胫骨中段临界性骨缺损模型,分别使用单纯的Sr-α-CSH/n-HA复合材料及含3种不同浓度阿司匹林的Sr-α-CSH/n-HA复合材料填充骨缺损。通过影像学(X线、Micro CT)以及组织形态学染色(HE染色、goldncr三色染色、免疫组织化学染色(OCN、OST、RUNX2)、破骨细胞抗洒石酸酸性磷酸酶染色(TRAP)等方法评估载不同浓度阿司匹林的Sr-α-CSH/n-HA复合材料对大鼠临界性骨缺损的修复的效果。结果:1.XRD和FT-IR分析结果显示载不同浓度阿司匹林的Sr-α-CSH/n-HA复合材料与单纯Sr-α-CSH/n-HA复合材料相比,其主要成分的晶体特性未见显著变化。SEM观察结果显示:载阿司匹林的Sr-α-CSH/n-HA复合材料仍然呈多孔状、材料表面较为粗糙,晶体紧密结合。CST结果显示载各浓度阿司匹林的Sr-α-CSH/n-HA 复合材料与单纯 Sr-α-CSH/n-HA 复合材料相比,其抗压强度未有显著差异,且各实验组抗压强度均高于正常松质骨。2.CCK-8和划痕实验结果显示载适宜浓度的阿司匹林(50vg/ml、200vg/ml、800vg/ml)的骨材料相比于单纯Sr-α-CSH/n-HA复合材料对骨髓间充质干细胞的增殖及迁移能力有一定促进作用,且呈现剂量依赖关系,组间差异具有统计学意义。但过高浓度的载阿司匹林骨材料(3200vg/ml)对骨BMSCs有一定的毒性作用。故后续的细胞实验和动物实验将载阿司匹林浓度为3200vg/ml的Sr-α-CSH/n-HA复合材料组剔除。实时定量PCR(qRT-PCR)结果示载阿司匹林的Sr-α-CSH/n-HA复合材料浸提液干预后BMSCs的成骨相关基因(ALP、BSP、RUNX2)的表达水平明显上调,且和载阿司匹林的浓度呈正相关,各组间的差异有统计学意义。茜素红染色结果显示载阿司匹林的Sr-α-CSH/n-HA复合材料浸提液干预后BMSCs矿化结节数量显著增加,且随材料载阿司匹林浓度升高矿化结界数量显著增加,组间差异有统计学意义。3.Micro CT结果示各复合材料植入组均显示一定程度的骨修复,但载阿司匹林的Sr-α-CSH/n-HA复合材料骨修复情况明显优于单纯Sr-α-CSH/n-HA复合材料组,且呈阿司匹林剂量依赖性,随着载入阿司匹林浓度的升高,骨修复的效果更佳。术后4周及12周各实验组CT数据BV/TV,Tb.Th,Tb.SP.,Tb.N分析结果显示:载阿司匹林的Sr-α-CSH/n-HA复合材料BV/TV、Tb.Th、Tb.N等数据明显高于单纯Sr-α-CSH/n-HA复合材料组且与阿司匹林的浓度呈正相关,而载阿司匹林的Sr-α-CSH/n-HA复合材料的Tb.SP.显著低于单纯Sr-α-CSH/n-HA复合材料组且与阿司匹林浓度呈负相关,组间差异有统计学意义。所有载阿司匹林的Sr-α-CSH/n-HA复合材料组中,载阿司匹林浓度为800vg/ml的Sr-CSH/n-HA组骨缺损修复的效果最佳。Micro-CT显示载阿司匹林浓度为800vg/ml的Sr-CSH/n-HA组骨缺损处的骨皮质趋于连续,此外,组织切片染色结果也显示阿司匹林浓度为800vg/ml的Sr-CSH/n-HA组对临界性的骨缺损的修复效果更佳:HE:显示载阿司匹林的Sr-α-CSH/n-HA复合材料修复后的骨质形态结构更好,免疫组织化学染色显示载阿司匹林的Sr-α-CSH/n-HA复合材料组成骨相关基因(OCN、OST、RUNX2)表达显著上升,破骨相关的基因(TRAP)表达显著下调,且均与阿司匹林浓度成正向关系,Goldner三色染色同样提示复合材料载入阿司匹林之后对骨缺损的修复效果更佳。结论1、Sr-α-CSH/n-HA复合材料载入阿司匹林之后对原材料的晶体特性、表面结构等理化性质未有明显影响,其孔隙率依然良好,且其抗压强度与Sr-α-CSH/n-HA复合材料差异无统计学意义。2、载适当浓度阿司匹林的复合材料(50vg/ml、200vg/ml、800vg/ml)无细胞毒性,在不改变Sr-α-CSH/n-HA复合材料的相关物理特性的情况下,对BMSCs的增殖及迁移及成骨分化能力有一定的促进作用,相比单纯Sr-α-CSH/n-HA复合材料具有更好的骨诱导性。3、载阿司匹林的Sr-α-CSH/n-HA复合材料在体内骨重建过程中更具整体修复效果,成骨效果明显优于单纯Sr-α-CSH/n-HA复合材料,组织切片染色显示载阿司匹林的Sr-α-CSH/n-HA复合材料骨修复效果更佳,此外载阿司匹林的Sr-α-CSH/n-HA复合材料相比单纯的Sr-α-CSH/n-HA复合材料的实验组有更多的成骨标志物的表达及更少的破骨标志物的表达。