親水改性磁性納米復(fù)合界面固定螺釘?shù)闹苽浼傲W(xué)生物學(xué)性能研究.pdf

1、【目的】聚左旋乳酸（PLLA）生物材料生物相容性好、可降解吸收、具有一定的力學(xué)強(qiáng)度，應(yīng)用廣泛的一類生物材料，但其表面親水性差，不利于細(xì)胞黏附生長，難以完全發(fā)揮其生物特性。通過聚乙二醇改性得到的聚左旋乳酸-聚乙二醇（PLLA-PEG）更利于細(xì)胞的黏附及生長。納米羥基磷灰石（n-HA）具有良好的生物相容性、骨傳導(dǎo)性好，易于組織結(jié)合，可與多種天然及人工高分子材料形成復(fù)合材料。通過添加超順磁性納米α-Fe2O3粒子，在恒定磁場作用下，磁性材料能

2、夠同時誘導(dǎo)并促進(jìn)前交叉韌帶重建術(shù)后移植肌腱與骨組織表面的愈合。該學(xué)位論文運(yùn)用本實(shí)驗(yàn)探討通過n-HA、PLLA結(jié)合磁性納米α-Fe2O3粒子以及PEG親水粒子，制備具有超順磁性及親水性的生物復(fù)合材料，并對其性能進(jìn)行檢測，期待制備出更理想、合適的前交叉韌帶重建內(nèi)固定材料。
　　【方法】
　　1.取50克的n-HA粉末和200克PLLA于干燒杯中，加入2.5g超順磁性納米α-Fe2O3粒子，均勻混合后，將混合材料加入注塑機(jī)中熔融注

3、塑成型。同樣方法制備n-HA/PLLA-PEG/α-Fe2O3復(fù)合材料螺釘。以n-HA/PLLA/α-Fe2O3界面螺釘及n-HA/PLLA-PEG/α-Fe2O3復(fù)合材料螺釘為實(shí)驗(yàn)組，BioRCI-HA螺釘為對照組，比較三組界面螺釘?shù)牧W(xué)性能。
　　2.取3－5月月齡、體重2.0－2.5kg的新西蘭大白兔，無菌環(huán)境下股骨穿刺抽取兔骨髓，采用密度梯度離心法聯(lián)合貼壁法分離、純化兔骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（rBMSCs），10％FBS的低糖D

4、MEM培養(yǎng)液培養(yǎng)rBMSCs，培養(yǎng)傳代至第3代，取生長良好的P3代rBMSCs觀察細(xì)胞生長情況，備后續(xù)研究使用。
　　3.將第3代rBMSCs分別于n-HA/PLLA/α-Fe2O3、n-HA/PLLA-PEG/α-Fe2O3組固定螺釘放入培養(yǎng)基中共同培養(yǎng)，通過CCK-8法檢測細(xì)胞黏附率及細(xì)胞在螺釘表面的增殖活性。
　　4.通過計(jì)算機(jī)控制電子萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)進(jìn)行檢測，對BioRCI-HA螺釘，n-HA/PLLA/α-Fe2O3界面

5、螺釘及n-HA/PLLA-PEG/α-Fe2O3復(fù)合材料螺釘三組材料螺釘?shù)牧W(xué)性能進(jìn)行對比分析。1.拉伸強(qiáng)度檢測：將樣品螺釘?shù)膬啥朔謩e固定于實(shí)驗(yàn)機(jī)模塊上，設(shè)定加載負(fù)荷為1000N，加載速度為5mm/min。每組材料測試樣本量n=10。
　　5.將螺釘放置于實(shí)驗(yàn)機(jī)測試平臺上，跨距設(shè)定為20mm，加載速度5mm/min，通過三點(diǎn)側(cè)彎法對螺釘進(jìn)行檢測。每組材料測試樣本量n=10。
　　6.把三組風(fēng)干處理好的螺釘放入裝有PBS溶液的

6、培養(yǎng)瓶中，溶液平面高于螺釘，密封置于37℃，5％CO2恒溫細(xì)胞培養(yǎng)箱中。分別于4周、8周、12周、16周、20周取出螺釘干燥處理后稱重，并分別記錄每組螺釘重量，計(jì)算出每個時間點(diǎn)螺釘?shù)慕到獍俜直取癉值”。
　　7.使用新鮮豬脛骨進(jìn)行前十字韌帶重建，分別應(yīng)用三組螺釘對脛骨端肌腱移植物進(jìn)行擠壓固定。肌腱移植物固定完成后，對三組實(shí)驗(yàn)樣本實(shí)施生物力學(xué)測試，包括最大載荷、剛度測試和失敗模式測試。
　　8.使用成年五指山豬麻醉后進(jìn)行ACL

7、重建手術(shù)，采用與肌鍵移植物直徑匹配的鉆具分別經(jīng)前交叉韌帶在股骨和脛骨的附著點(diǎn)建立股骨、脛骨隧道，然后將肌腱移植物，經(jīng)脛骨隧道及股骨隧道拉出。使用n-HA/PLLA/α-Fe2O3螺釘、n-HA/PLLA-PEG/α-Fe2O3復(fù)合材料螺釘以及BioRCI-HA螺釘進(jìn)行固定，實(shí)驗(yàn)動物于術(shù)后8周按照動物實(shí)驗(yàn)倫理原則處死，取雙側(cè)膝關(guān)節(jié)標(biāo)本，觀察皮質(zhì)骨擠壓釘固定后的腱-骨愈合組織學(xué)轉(zhuǎn)歸。
　　【結(jié)果】通過熱熔融注塑成型制得的n-HA/PL

8、LA/α-Fe2O3及n-HA/PLLA-PEG/α-Fe2O3復(fù)合界面螺釘外形良好，螺紋均勻規(guī)則，內(nèi)部孔徑三維結(jié)構(gòu)良好。力學(xué)性能結(jié)果顯示BioRCI-HA組，n-HA/PLLA/α-Fe2O3組及n-HA/PLLA-PEG/α-Fe2O3組螺釘拉伸強(qiáng)度分別為54±2.65Mpa，51±3.05Mpa，38±2.76MPa；三組結(jié)果差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）。三點(diǎn)抗彎實(shí)驗(yàn)檢測BioRCI-HA組，n-HA/PLLA/α-Fe2O3

9、組及n-HA/PLLA-PEG/α-Fe2O3組螺釘?shù)目箯潖?qiáng)度分別為5.53±0.29Mpa，4.90±0.15Mpa，3.58±0.13MPa。三組結(jié)果差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以看出n-HA/PLLA-PEG/α-Fe2O3組螺釘較BioRCI-HA組以及非親水改性組力學(xué)性能較差。沉淀法測定兔骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞在 BioRCI-HA組粘附率為52.5±1.34%， n-HA/PLLA/α-Fe2O3組粘附率為55.9±1.02%

10、，n-HA/PLLA-PEG/α-Fe2O3組粘附率為62.1±1.15%。骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞在三組螺釘表面生長曲線顯示 n-HA/PLLA-PEG/α-Fe2O3組的吸光度A值明顯高于n-HA/PLLA/α-Fe2O3組及BioRCI-HA組。三組材料的降解比例繪制降解曲線顯示 n-HA/PLLA-PEG/α-Fe2O3組及 BioRCI-HA組，材料降解速度快于n-HA/PLLA/α-Fe2O3組。組織學(xué)試驗(yàn)表明，改性后n-HA/PL

11、LA-PEG/α-Fe2O3及 n-HA/PLLA/α-Fe2O3復(fù)合界面螺釘促進(jìn)腱骨愈合能力與BioRCI-HA較為接近，均可促進(jìn)腱-骨良好愈合，再血管化明顯，組織逐漸爬行替代。
　　【結(jié)論】通過α-Fe2O3磁性鐵離子改性的n-HA/PLLA/α-Fe2O3復(fù)合界面螺釘以及通過PEG親水改性后的n-HA/PLLA-PEG/α-Fe2O3復(fù)合界面螺釘?shù)募?xì)胞粘附率及增殖活性高于臨床使用的BioRCI-HA螺釘，說明兩種改性螺釘可以

12、更好的促進(jìn)細(xì)胞增殖生長，是一種性能良好的內(nèi)植物材料。但改性后的n-HA/PLLA-PEG/α-Fe2O3及n-HA/PLLA/α-Fe2O3復(fù)合界面螺釘力學(xué)性能弱于臨床使用的BioRCI-HA螺釘，目前還需通過對原材料的材料組成比例、材料分子量及材料制備工藝上進(jìn)行改進(jìn)及優(yōu)化。同時改性后n-HA/PLLA-PEG/α-Fe2O3及n-HA/PLLA/α-Fe2O3復(fù)合界面螺釘促進(jìn)腱-骨愈合能力與臨床使用的BioRCI-HA界面螺釘相似，表