多孔塊體生物活性玻璃成骨活性、生物力學(xué)性能的初步研究.pdf

1、創(chuàng)新和應(yīng)用完美的骨移植材料來替代自體骨，治療和修復(fù)各種原因引起的骨缺損，一直是骨科臨床醫(yī)生和材料研究人員共同追求的目標。理想的植骨材料應(yīng)該具備以下特點：良好的生物相容性、生物可降解性、骨傳導(dǎo)性、骨激發(fā)性、較高的孔隙率合適的孔徑范圍、臨床使用方便、足夠的力學(xué)強度及合適的彈性模量。生物活性玻璃（Bioglass）由于其良好的生物相容性、良好的骨傳導(dǎo)和骨激發(fā)作用而被材料學(xué)者所關(guān)注，然而目前臨床上應(yīng)用的生物活性玻璃無法提供較強的抗壓強度，無法應(yīng)

2、用于承重部位骨缺損的修復(fù)和治療。因此，改良和提高生物活性玻璃的生物力學(xué)性能同時又保持其良好的促進骨激發(fā)的能力，成為廣大學(xué)者研究的熱點。本課題組成員與美國諾邦公司生物制品有限公司合作，通過改良生物活性玻璃的成分及制作工藝，制作了新型多孔塊體生物活性玻璃（macro-pore bone block，MPBB）。本研究旨在驗證MPBB是否在擁有一定的生物力學(xué)強度的同時，又具有良好的生物相容性，且能刺激骨組織再生。
　　多孔塊體生物活性玻

3、璃對成骨細胞粘附、增殖以及分化影響的體外研究
　　目的：
　　探討多孔塊狀生物玻璃（MPBB）在體外環(huán)境中對成骨細胞粘附、增殖以及分化的影響。
　　方法：
　　1．以β-磷酸三鈣（β-TCP）為對照，掃描電鏡下分析比較MPBB與β-TCP的形態(tài)結(jié)構(gòu)、能譜分析兩種材料的主要成分；
　　2．將 MPBB與β-TCP分別懸浮浸泡于模擬體液中，掃描電鏡下觀察兩種材料的表面反應(yīng)；
　　3．利用MPBB與β-TC

4、P浸提液培養(yǎng)MC3T3-E1小鼠成骨細胞，光學(xué)顯微鏡下觀察細胞大體情況并進行吉姆薩染色進行細胞計數(shù)比較；
　　4．將MC3T3-E1小鼠成骨細胞直接種植于MPBB與β-TCP材料上，掃描電鏡下觀察細胞粘附材料情況，利用MPBB與β-TCP浸提液培養(yǎng)MC3T3-E1小鼠成骨細胞，進行細胞黏著斑蛋白（Venculin）免疫熒光染色比較兩種材料對成骨細胞的核質(zhì)比、Venculin免疫熒光強度；
　　5．利用MPBB與β-TCP浸提

5、液培養(yǎng)MC3T3-E1小鼠成骨細胞，進行BrdU免疫熒光染色及MTT檢測比較兩組成骨細胞的Brdu陽性細胞比率及OD值；
　　6．利用MPBB與β-TCP浸提液培養(yǎng)MC3T3-E1小鼠成骨細胞，進行成骨細胞特異性轉(zhuǎn)錄因子（OSX）免疫熒光染色檢測、堿性磷酸酶（ALP）染色、鈣結(jié)節(jié)檢測、實時定量PCR檢測比較兩組成骨細胞的OSX陽性細胞比率、ALP活性率、礦化率及成骨基因mRNA相對表達量。
　　結(jié)果：
　　1．掃描電鏡

6、下觀察比較MPBB與β-TCP，發(fā)現(xiàn)MPBB表面更加崎嶇，更加疏松多孔、不平整，能譜分析發(fā)現(xiàn)，MPBB具有β-TCP所沒有的Si元素，而β-TCP中Ca、P的含量最多。
　　2．MPBB與β-TCP的模擬體液浸泡實驗結(jié)果顯示，MPBB在浸泡6小時時已有羥基磷灰石沉積，隨著浸泡時間延長羥基磷灰石的沉積量逐漸增加，而β-TCP表面始終沒有羥基磷灰石形成。
　　3．吉姆薩染色結(jié)果顯示MPBB組的成骨細胞數(shù)量更多，排列規(guī)則緊密，在光

7、學(xué)顯微鏡400×鏡下計數(shù)，MPBB組成骨細胞個數(shù)為106.0±6.025，β-TCP組成骨細胞個數(shù)為40.20±3.639，兩者差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.01）。
　　4．將MC3T3-E1小鼠成骨細胞直接種植于MPBB與β-TCP材料上，掃描電鏡下發(fā)現(xiàn)MPBB組成骨細胞偽足較β-TCP多，粘附狀態(tài)更好，Venculin免疫熒光染色結(jié)果顯示MPBB組成骨細胞核質(zhì)比、Venculin熒光強度較β-TCP組高，兩組差異均具有統(tǒng)計學(xué)意

8、義（P<0.05）。
　　5．BrdU免疫熒光染色結(jié)果顯示MPBB組的Brdu陽性細胞比率比β-TCP組高，兩組差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05）；MTT結(jié)果顯示第3天時MPBB組成骨細胞OD值較β-TCP組高，兩組差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05），第5天時，兩組細胞OD值都有增高，但MPBB組OD值明顯較β-TCP組高，兩者差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.01）。
　　6．OSX免疫熒光染色檢測中，MPBB組OSX陽性細胞比

9、率較β-TCP組高，兩組差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.01）；ALP染色定量分析發(fā)現(xiàn)，MPBB組的成骨細胞ALP活性率較β-TCP組高，兩組差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.01）；鈣結(jié)節(jié)檢測結(jié)果也表明，MPBB組的成骨細胞礦化率較β-TCP組高，兩組差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05）；實時定量PCR檢測兩組成骨細胞的成骨相關(guān)基因表達量結(jié)果顯示，第4天時MPBB組成骨細胞的ALP、OCN（骨鈣素）、Collagen1（1型膠原蛋白）的mRNA相

10、對表達量已超過β-TCP組，且差異都具有統(tǒng)計學(xué)意義，到第7天時，MPBB組成骨基因mRNA相對表達量進一步增加。
　　小結(jié)：
　　MPBB相對于β-TCP含有較多的Si元素，能促進MC3T3-E1細胞的貼附能力，并對其增殖、活力及成骨分化都具有明顯的促進作用，具有較好的生物活性。
　　多孔塊體生物活性玻璃在兔體內(nèi)成骨活性、力學(xué)性能的初步研究
　　目的：
　　探討多孔塊體生物玻璃植入兔體內(nèi)后的生物活性生物相容

11、性、成骨能力以及生物力學(xué)性能。
　　方法：
　　制作新西蘭大白兔雙側(cè)股骨髁缺損模型，分別于股骨髁缺損部植入多孔塊體生物玻璃（MPBB）、β-磷酸三鈣（β-TCP）、固骼生?（NoveBone），按植入材料的不同分為三組，即為MPBB組、β-TCP組、NoveBone組，術(shù)后進行X線檢查觀察材料放置情況及固定是否牢固、髁部有無骨折，并于術(shù)后4周、12周、24周取材后，通過Micro-CT檢測三組材料的新骨生成體積百分比及剩余材

12、料體積百分比，采用四環(huán)素、鈣黃綠素熒光雙標檢測三組材料的新骨生成速率，通過不脫鈣硬組織Van Gieson染色檢測三組材料的新骨生成面積百分比，通過生物力學(xué)檢測三組材料的壓縮強度、彈性模量。
　　結(jié)果：
　　術(shù)后 X線檢查顯示各組材料填充充分、完全，放置情況良好；Micro-CT結(jié)果顯示，12周時 MPBB組、β-TCP組、NoveBone組的新骨生成體積百分比分別為（16.83±1.01，9.88±1.23，21.35±1

13、.27），材料剩余體積百分比分別為（50.96±1.37，68.29±3.93，19.37±1.40），24周時，MPBB組、β-TCP組、NoveBone組的新骨生成百分比分別為（37.48±0.70，25.29±1.45，27.03±1.25），24周時MPBB組與β-TCP組、NoveBone組比較差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.001），24周時各組材料剩余體積百分比分別為（34.67±3.52，55.66±2.05，7.52±1

14、.15），β-TCP組較MPBB組比較差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.01），而MPBB組較NoveBone組比較差異也具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.01）；熒光雙標結(jié)果顯示，4周時MPBB組、β-TCP組、NoveBone組的新骨生成速率分別為（1.577±0.045,2.064±0.068,1.19±0.09）um/d，MPBB組較β-TCP組差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.01）；通過Van Gieson染色檢測發(fā)現(xiàn)，MPBB組、β-TCP組、

15、NoveBone組在各個時間點新骨生成面積百分比分別為4周時（5.43±1.25，2.77±0.85，6.51±1.21），12周時（8.48±0.84，2.94±0.65，11.42±2.66），24周時（23.55±1.13，12.92±0.45，19.53±0.91），24周時MPBB組新骨生成面積百分比與β-TCP組、NoveBone組比較差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.001）；生物力學(xué)檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，MPBB組與β-TCP組的壓

16、縮強度隨著時間延長都有一定程度的增加，兩者的壓縮強度比較沒有統(tǒng)計學(xué)意義， MPBB組彈性模量術(shù)后三個時間點都較穩(wěn)定，MPBB組和NoveBone組在彈性模量方面更接近兔骨，β-TCP組的彈性模量植入體內(nèi)后變化較大。
　　小結(jié)：
　　MPBB植入兔體內(nèi)后，表現(xiàn)出了良好的生物活性、生物相容性，同時具有較好的骨激發(fā)作用，且植入體內(nèi)后，具有較強的生物力學(xué)性能，為其下一步應(yīng)用于負重部位骨缺損的植骨提供了實驗基礎(chǔ)。
　　結(jié)論：