【摘 要】
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目的骨科临床上,由于创伤、结核和肿瘤等引起的大段或大块骨缺损的治疗是常见难题,治疗不当常造成缺损部位的延迟愈合或不愈合及局部功能障碍。本研究利用水热煅烧法将牛松质骨在含Mg2+、PO43-和SO42-的多相体系中转化为复合多孔支架材料,在保留其天然三维网孔结构的同时,水热反应使材料表面生成纳米晶须微观结构,并可通过释放活性离子促进细胞生物学效应。本论文通过一系列体内外实验综合评价其材料学和生物学特
【基金项目】
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国家重点研发计划（2016YFC1102100）
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目的骨科临床上,由于创伤、结核和肿瘤等引起的大段或大块骨缺损的治疗是常见难题,治疗不当常造成缺损部位的延迟愈合或不愈合及局部功能障碍。本研究利用水热煅烧法将牛松质骨在含Mg2+、PO43-和SO42-的多相体系中转化为复合多孔支架材料,在保留其天然三维网孔结构的同时,水热反应使材料表面生成纳米晶须微观结构,并可通过释放活性离子促进细胞生物学效应。本论文通过一系列体内外实验综合评价其材料学和生物学特性,以期为临床提供有应用价值的骨替代材料或组织工程支架。方法1.采用水热煅烧法将牛松质骨在多元体系中转化为活性多孔人工骨支架,研究该支架的化学组成、元素能谱分布、孔隙率、孔径大小、孔连通率;观察评估材料的机械力学性能及表面微观结构;评估材料的体外降解性能及活性离子释放性能。2.支架与细胞在体外共培养,通过CCK-8、细胞骨架荧光染色、细胞黏附斑染色、扫描电镜等技术手段来研究细胞在支架表面的存活、增殖及黏附斑形成情况;通过在Matrigel胶上的成血管实验及ELISA实验来评估支架释放活性离子对人脐静脉内皮细胞（HUVECs）成血管活性的影响以及对MC3T3-E1前成骨细胞成骨分化活性的影响。3.构建小鼠皮下植入模型,通过组织学分析评估支架材料在小鼠体内的组织相容性。构建兔子桡骨节段性骨缺损动物模型,通过放射学、Micro-CT、组织学（脱钙和不脱钙组织切片）、相关蛋白免疫组化、荧光标记等技术手段评价支架材料在节段性骨缺损内的成骨及成血管活性。结果1.支架材料的机械力学性能在经过多相体系的水热煅烧处理后得到了提升,并且生成Ca（3-n）Mgn（PO4）2和Ca SO4新成分,赋予人工骨支架可降解及释放活性Mg2+、Ca2+和PO43-的特性;生物活性煅烧支架依然保持天然的松质骨孔隙结构,其孔隙率为82.4±4.1%,孔隙连通率为100%,孔径为370.3±37.6μm;经过水热煅烧反应后,人工骨支架材料表面生成独特的纳米晶须微观结构。2.实验发现,纳米晶须表面微观结构在体外有效促进细胞在支架表面形成更多的黏附斑,进而促进其在支架表面的黏附、生存及增殖;同时支架释放的生物活性离子有效促进了细胞的体外成骨与成血管活性。3.小鼠皮下植入模型的结果显示,经水热煅烧后的人工骨支架材料在体内表现出优秀的组织相容性。兔子桡骨节段性骨缺损模型的结果显示,经水热煅烧处理后,多孔人工骨活性支架在体内的新骨形成、血管形成和骨整合水平得到明显增强,从而促进节段性骨缺损的有效愈合。结论采用水热煅烧法将牛松质骨在含Mg2+、PO43-和SO42-的多相体系中转化为新型生物活性人工骨多孔支架,在保留其天然三维网孔结构的同时并赋予其新特性（可降解并释放活性生物离子）。体内外实验研究表明煅烧人工骨支架能显著促进细胞在支架表面的黏附、生存和增殖;并且具有良好的促细胞成骨及成血管活性;在体内有着优秀的生物相容性,有效促进骨缺损的修复。这些结果表明生物活性煅烧骨支架材料有望作为新型骨替代材料或组织工程支架,在临床上有较好的应用前景。
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