沸石分子篩涂層對泡沫碳化硅內(nèi)骨形成影響的形態(tài)學(xué)研究.pdf

1、目的：
　　 中國科學(xué)院金屬研究所采用“高分子熱解結(jié)合可控熔滲反應(yīng)燒結(jié)方法”制備的仿生泡沫碳化硅材料,具有作為大段骨缺損修復(fù)或多孔種植體材料應(yīng)用前景。前期實驗已證實這種材料具有良好的生物相容性和骨傳導(dǎo)性,且遠(yuǎn)期的修復(fù)效果與羥基磷灰石相當(dāng)。本實驗通過將兩種沸石分子篩涂層處理的泡沫碳化硅,即ZSM-5沸石/泡沫碳化硅和Silicalite-1沸石/泡沫碳化硅種植體植入兔體內(nèi),從形態(tài)學(xué)角度評價沸石分子篩涂層對骨組織長入情況的影響,并探

2、討它們作為具有一定生物活性的骨缺損修復(fù)或骨植入材料的可行性。
　　 方法：
　　 1、材料的制備；
　　 采用高分子熱解結(jié)合可控熔滲反應(yīng)燒結(jié)方法制備泡沫碳化硅,實驗組采用水熱合成的方法分別在泡沫碳化硅表面原位合成ZSM-5或Silicalite-1沸石分子篩;對照組的泡沫碳化硅表面進(jìn)行堿處理。
　　 2、手術(shù)植入及熒光標(biāo)記；
　　 取日本大耳白兔,稱重麻醉后側(cè)臥位固定,術(shù)區(qū)消毒,下頜骨外側(cè)切口,分

3、離至骨面,鉆孔修形后植入一顆材料,沖洗關(guān)閉創(chuàng)口。轉(zhuǎn)入股骨區(qū)手術(shù)植入兩顆相同材料,用相同的方法在對側(cè)下頜骨和股骨植入另一種材料。處死前按預(yù)定程序肌肉注射鈣黃綠素和二甲酚橙熒光劑用以標(biāo)記新生骨組織。
　　 3、硬組織切片的制作；
　　 分別于4、6、8和12周處死兔子取材固定后經(jīng)脫水、浸潤、包埋制成塑料包埋組織塊并切片。
　　 4、組織形態(tài)學(xué)觀察；
　　 固定完成后的標(biāo)本沿植入體長軸中央一分為二,直接在體式顯

4、微鏡觀察截面;將硬組織切片封片后直接在熒光顯微鏡下觀察熒光標(biāo)記情況;組織切片經(jīng)甲苯胺藍(lán)染色后在光學(xué)顯微鏡下觀察材料內(nèi)骨生長情況。
　　 5、骨組織形態(tài)計量學(xué)分析；
　　 將所有熒光顯微鏡和光學(xué)顯微鏡下的圖像用Metamorph Imaging System V4.5圖像分析軟件對材料范圍內(nèi)熒光標(biāo)記面積和材料范圍內(nèi)骨組織面積進(jìn)行測量,計算熒光標(biāo)記百分比和有效成骨面積百分比。
　　 結(jié)果：
　　 1、體式顯微

5、鏡觀測；
　　 碳化硅材料與骨組織結(jié)合穩(wěn)固無移位;4周時植入體骨結(jié)合部位有新骨形成并長入SiC材料孔隙內(nèi),6周時SiC孔隙內(nèi)骨組織長入量增加,材料周圍新生骨組織與陳舊骨界限模糊;8周和12周組SiC孔隙內(nèi)骨組織包繞SiC;股骨植入體內(nèi)骨組織的長入情況較下頜骨內(nèi)的好,但僅與皮質(zhì)骨接觸部位有新骨形成,骨髓腔內(nèi)SiC孔隙內(nèi)無骨組織形成。
　　 2、組織形態(tài)學(xué)觀察；
　　 熒光標(biāo)記面積隨觀察時間的延長,逐漸減低。3周時熒

6、光標(biāo)記部位集中骨組織與SiC植入體結(jié)合部,4周時SiC植入體孔隙內(nèi)熒光量增加,6周時孔隙內(nèi)出現(xiàn)集中,10周熒光標(biāo)記物少量散在于植入體孔隙;二甲酚橙的紅色熒光與鈣黃綠素綠色熒光相比更靠近SiC材料;股骨熒光標(biāo)記物僅局限在于皮質(zhì)骨結(jié)合部SiC材料周圍,髓腔內(nèi)未見熒光標(biāo)記。切片甲苯胺藍(lán)染色后的光學(xué)顯微鏡觀察見SiC材料孔隙內(nèi)骨長入量隨時間推移逐漸增加;4周時陳舊骨與SiC植入體之間有大量的新骨形成延伸長入SiC孔隙內(nèi),與陳舊骨組織間的界限清楚

7、,結(jié)構(gòu)疏松;6周時SiC材料孔隙內(nèi)新生骨組織增加連成片狀,髓腔孔隙減小;8周組和12周新生骨繼續(xù)增加,結(jié)構(gòu)更趨成熟;下頜骨SiC植入體孔隙內(nèi)新生骨組織呈疏松梁狀結(jié)構(gòu),而股骨SiC植入體孔隙內(nèi)的新生骨組織為排列致密密質(zhì)骨結(jié)構(gòu)充滿植入體孔隙;髓腔內(nèi)的SiC材料周圍基本無骨組織。
　　 3、骨組織形態(tài)計量學(xué)分析；
　　 熒光標(biāo)記面積百分隨植入時間的延長減低;堿處理組在6周時標(biāo)記面積百分比下降較小,保持與4周時接近的水平。各處理

8、組間的比較在4周組的差異有統(tǒng)計學(xué)意義,沸石分子篩涂層的實驗組高于堿處理的對照組,而兩種沸石分子篩處理組間的差異無統(tǒng)計學(xué)意義。有效成骨面積百分比在股骨隨植入時間的延長數(shù)值增加,但在下頜骨8周時數(shù)值最高,12周時有所降低;各處理組間比較在4周時的差異有統(tǒng)計學(xué)意義:沸石分子篩涂層的實驗組高堿處理的對照組,而兩種沸石分子篩處理組間的差異無統(tǒng)計學(xué)意義。
　　 結(jié)論：
　　 1、與堿處理的泡沫碳化硅相比,沸石原位合成涂層處理可增加泡

9、沫碳化硅孔隙內(nèi)的早期成骨速率和成骨量,但對于晚期成骨作用的差異不明顯。
　　 2、泡沫碳化硅表面ZSM-5沸石涂層與Silicalite-1沸石涂層處理后骨形成能力無顯著差異。
　　 3、ZSM-5/泡沫碳化硅、Silicalite-1/泡沫碳化硅和堿處理泡沫碳化硅材料內(nèi)均有骨組織長入,在應(yīng)力刺激條件下,隨時間的延長骨量增加。
　　 4、ZSM-5/泡沫碳化硅和Silicalite-1/泡沫碳化硅這2種材料內(nèi)形成