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自1969年Hamdi首次报告腰椎肿瘤切除术假体替代以来,人工椎体便作为一类有效的椎体替代物迅速发展,并在临床上广泛运用。随着近年来组织工程学的发展,生物复合材料人工椎体在脊柱领域中不断得到探索利用。这些生物复合材料人工椎体既能提供术后即刻稳定性又能与椎体形成永久性骨融合,目前已经成为人工椎体的一个重要研究方向。李玉宝等研制的纳米羟基磷灰石/聚酰胺66(nano-hydroxyapatite/ Polyamide 66 composite,n-HA/PA66)是一种新型纳米仿生复合材料。该材料由纳米羟基磷灰石(nano-hydroxyapatite,n-HA)晶体均匀分散在聚酰胺66(polyamide 66,PA66)中复合构成。纳米羟基磷灰石晶体与自然骨磷灰石晶体的结构、成分和形状相似,其在复合材料中的含量可达自然骨磷灰石含量的水平。聚酰胺具有与胶原相似的分子团结构,有利于组织细胞的生长。前期实验表明该复合材料无毒,无刺激性,具有良好的血液相容性和组织相容性以及骨传导特性,复合比例高、复合界面接合强、与骨匹配良好的生物力学性能。但纳米羟基磷灰石/聚酰胺66复合人工椎体(artificial vertebra made by nano-hydroxyapatite/ polyamide 66 composite, n-HA/PA66 vertebra)植入体内后与椎体骨界面的接合生长如何,其临床应用是否安全可靠等,仍然是有待解决的问题。为此,我们通过动物实验和临床实验来验证纳米羟基磷灰石/聚酰胺复合人工椎体的优越性和临床推广应用的可行性。本实验包括两部分:第一部分:纳米羟基磷灰石/聚酰胺66复合人工椎体动物实验研究;第二部分:纳米羟基磷灰石/聚酰胺66复合人工椎体初步临床应用。目的:为n-HA/PA66复合人工椎体的临床应用提供理论依据,并验证其临床应用可行性。通过山羊颈椎(cervical vertebra,C)植入n-HA/PA66复合人工椎体,观察人工椎体与椎体界面的接合情况,将其与临床使用的金标准自体髂骨植入作比较,以验证其生物相容性和成骨能力。临床选择12例病例进行手术治疗,观察术后症状改善情况、局部反应情况,从影像学角度观察其稳定性、与椎体界面的融合情况、椎体高度的改变等,验证其临床推广使用的可行性。方法:1.纳米羟基磷灰石/聚酰胺66复合人工椎体动物实验研究。20只山羊随机分2组: A组10只为实验组,于C3植入n-HA/PA66复合人工椎体;B组10只为对照组,取自体髂骨植入C3椎体。在术后4周、12周、24周时分别摄X线片、CT,观察人工椎体或植骨块位置,并判断其与椎骨界面是否融合;术后12周、24周各组分别处死5只山羊,肉眼观察椎体缺损修复及骨界面融合情况,光镜组织学检查骨界面生长接合情况。对CT图像按规定标准评分,所得数据用SAS8.0统计软件进行统计学分析,以P<0.05为具有显著性差异。2.纳米羟基磷灰石/聚酰胺66复合人工椎体初步临床应用。临床选取12例脊髓型颈椎病或外伤性颈椎椎体骨折、需单节段椎体切除植入椎体替代物的患者,行椎体次全切除减压n-HA/PA66人工椎体植骨、内固定术。术后密切随访,观察症状改善情况、局部疼痛及创口引流渗出情况,了解材料与组织的相容性,有无异物反应;拍X线片观察其稳定性、与椎体骨界面的融合情况、椎体生理曲度和高度的改变等。结果:1.纳米羟基磷灰石/聚酰胺66复合人工椎体动物实验研究。各组动物术后活动良好,术区未见排斥反应,切口愈合良好,无死亡和瘫痪发生。A组(n-HA/PA66复合人工椎体)和B组(自体髂骨)在术后4周、12周拍X片、CT均见植入物周边骨痂逐步生长,与上下缘椎骨逐步接合。术后12周两组标本可见植入物已与周边椎体骨形成新骨连接,组织学检查两组植入物周边均见大量纤维骨痂连接和新生骨小梁,且均可见成骨细胞和炎症细胞分布其间,软骨组织正在分化成骨;A组可见到材料边缘有少许吸收现象,软骨组织呈团块状;B组可见到少许破骨细胞活动,并有少量植入骨吸收迹象,软骨组织散在分布。术后24周两组X片、CT均显示骨痂进一步生长,植入物与自体骨已基本完全融合,处死山羊时可见植入物已与周边椎体骨形成骨性融合;A组组织学检查人工椎体周界区域尚可见未完全矿化的类骨质,新生骨小梁完全结合,基本形成骨融合,其间仍然可见少许成骨细胞和炎症细胞分布,材料边缘吸收现象较12周时明显;B组植入骨块周界区域新生骨小梁完全结合,基本形成骨融合,未再见到破骨细胞活动和植入骨吸收。术后12周、24周CT矢状面扫描图像分析,两组间无统计学差异(P>0.05)。2.纳米羟基磷灰石/聚酰胺66复合人工椎体初步临床应用。所有病例术前症状均得到改善,局部无疼痛、红肿表现,创口无渗液。随访中无症状复发,X线片显示所有病例均获骨性融合,颈椎生理曲度、椎体高度、颈椎的稳定性均维持良好,无内固定松动及螺钉断裂。结论:1. n-HA/PA66复合人工椎体的成分和结构与人体骨相似,具有良好的生物相容性,植入体内后具有成骨活性,新生骨痂可与其紧密结合。其介导成骨方式是诱导软骨内成骨为主。n-HA/PA66复合人工椎体可发生生物降解,且降解与成骨同时进行,新骨的沉积伴随着降解吸收而发生,即在n-HA/PA66复合人工椎体表面发生了一个降解沉积的动态更新过程,其降解作用与成骨能力匹配。因此,结合前期实验证明,n-HA/PA66复合人工椎体可以进行安全的临床实验。2. n-HA /PA66复合人工椎体植骨融合率高,稳定性与安全性好,有效防止术后下沉、塌陷的并发症。n-HA/PA66复合人工椎体具有支架作用和仿生骨替代双重作用,临床适应症范围广,术后观察植骨融合方便。因此,n-HA/PA66复合人工椎体具有临床推广使用可行性。