PLLA-PLGA-HA復(fù)合材料的制備與評(píng)價(jià).pdf

1、目的：本研究為一種改進(jìn)的以PLLA為基體的復(fù)合材料，通過對(duì)其物相組成、力學(xué)性能、降解性能、顯微結(jié)構(gòu)及其生物學(xué)行為進(jìn)行較系統(tǒng)深入的研究，以探求是否符合生物工程材料的要求，而可運(yùn)用于臨床。 方法：以新制備的L-丙交酯和乙交酯（5：1的摩爾比）作單體，在140℃和真空條件下采用開環(huán)聚合法制備共聚物PLGA。以HA顆粒與PLLA和PLGA為原料制備復(fù)合材料，并采用模壓成型的方法制備條形樣品。分別測(cè)試含不同質(zhì)量比的HA試樣三點(diǎn)抗彎強(qiáng)度及彈

2、性模量、剪切強(qiáng)度、抗扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。 為了解PLLA、PLGA和復(fù)合材料對(duì)降解的影響，三者的試樣在PBS液中進(jìn)行降解產(chǎn)物自催化24周，分期檢測(cè)降解液中的酸度pH值、失重率、吸水率、力學(xué)性能變化、分子量分布及變化，并對(duì)復(fù)合材料不同時(shí)間點(diǎn)表面和斷面的形貌做掃描電鏡檢查，以探求降解機(jī)制。 成骨樣細(xì)胞株MG-63以105個(gè)/ml與復(fù)合材料共同培養(yǎng)，倒置顯微鏡觀察細(xì)胞形態(tài)變化，電鏡觀察細(xì)胞在復(fù)合材料表面黏附情況。連續(xù)培養(yǎng)后行VonKos

3、sa染色、堿性磷酸酶染色及堿性磷酸酶含量測(cè)定。將復(fù)合材料置于兔的皮下肌肉組織中，分別在1周、2周、4周、8周、16周和32周內(nèi)取材行材料-組織界面的HE染色，按國(guó)家醫(yī)療器械生物學(xué)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分別對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行急性毒性試驗(yàn)、亞急性毒性試驗(yàn)、熱原試驗(yàn)、溶血試驗(yàn)、抑菌試驗(yàn)等檢測(cè)。 27只兔，分3組，每組實(shí)驗(yàn)動(dòng)物各9只，在術(shù)后12、24、36周分別處死實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，取出含植入標(biāo)本的腰椎行病理切片觀察復(fù)合材料成骨情況和降解情況；經(jīng)X線透射檢測(cè)，自

4、體髂骨植骨、復(fù)合材料植入、骨水泥植入三組術(shù)后4周、16周、24周，36周時(shí)的正側(cè)位片。對(duì)植入復(fù)合材料中的3只行術(shù)后4、12、24、36周時(shí)MRI觀察。掃描電鏡結(jié)合能譜觀察體內(nèi)降解12、24、36周后斷面和骨-材料界面的形貌變化。所有動(dòng)物觀察椎間植入后的融合情況。 結(jié)果： 復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度隨著HA添加量的增加而增加，而抗彎模量隨著HA添加量的增加而降低。當(dāng)HA含量為15％時(shí)，復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度和抗彎模量分別達(dá)到220MP

5、a和5.35GPa以上；復(fù)合材料中HA顆粒和聚合物基體之間形成良好的界面，后隨著HA添加量的減少，復(fù)合材料發(fā)生了從脆性斷裂向韌性斷裂轉(zhuǎn)化的過程。PLLA、PLGA和復(fù)合材料在PBS溶液中降解時(shí)，其吸水率和失重率都逐漸增加，而pH值則逐漸的降低，但復(fù)合材料的變化慢于前二者。PLLA、PLGA和復(fù)合材料的力學(xué)性能隨降解時(shí)間的增加都呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)，但復(fù)合材料的力學(xué)性能衰減速率明顯低于前二者；在降解初期PLLA、PLGA和復(fù)合材料的分子量下降

6、速率較快，隨著降解地進(jìn)行，下降地速率逐漸的變慢。PLLA在PBS溶液中的降解屬于本體水解，由于基體內(nèi)部水解所產(chǎn)生的低聚物難以通過擴(kuò)散排出，引起內(nèi)部鏈端羧基濃度增加，產(chǎn)生“自催化水解”，從而導(dǎo)致材料內(nèi)部的降解速率比表面快，材料中心產(chǎn)生空洞，表層形成外殼，即“雙態(tài)降解”。復(fù)合材料中由于HA的堿性中和了PLLA降解中的酸性產(chǎn)物，加快了內(nèi)部降解產(chǎn)物的擴(kuò)散，減緩了酸對(duì)PLLA的催化降解作用。 成骨細(xì)胞樣細(xì)胞貼壁生長(zhǎng)，成多角形、星形，形態(tài)正

7、常貼附、鋪展，與復(fù)合材料表面緊密連接，電鏡下見細(xì)胞有偽足伸出，成為細(xì)胞在材料表面適宜生長(zhǎng)提供了一個(gè)有力的證據(jù)。細(xì)胞生長(zhǎng)良好、增殖性能佳，細(xì)胞毒性小。骨礦化培養(yǎng)7天胞體出現(xiàn)云霧狀鈣化灶，培養(yǎng)4周Vonkossa染色形成大的黑色結(jié)節(jié)；堿性磷酸酶鈣-鈷法染色示胞漿內(nèi)出現(xiàn)呈深藍(lán)色細(xì)顆粒樣物質(zhì)，細(xì)胞呈梭形、多角形、橢圓形等，形狀各異，大小不等，細(xì)胞之間連接成網(wǎng)狀，定量檢測(cè)示第12天達(dá)到最高峰14.7U/L，兩者結(jié)合均說明復(fù)合材料可引導(dǎo)部分細(xì)胞表達(dá)

8、成骨活性。 將三者的復(fù)合材料、自體髂骨、骨水泥三者分別植入3組兔體內(nèi)，從組織學(xué)改變可以看出骨組織隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，由分散的塊狀逐步變?yōu)閳F(tuán)聚的現(xiàn)象，于術(shù)后36周時(shí)新生的骨島間彼此連接，長(zhǎng)出新骨。復(fù)合材料由最初的大片狀逐漸形成小塊狀，24周時(shí)形成“瓦片狀”和“魚鱗狀”排列，36周時(shí)材料降解徹底的“空泡狀”痕跡遍布整個(gè)視野，難以與骨質(zhì)絕然分開，表示降解良好。X線檢查顯示術(shù)后36周時(shí)植入材料組動(dòng)物的側(cè)位片可基本達(dá)到與自體髂骨等同良好的融合

9、效果，未見植入的材料沉陷、松動(dòng)、脫出，移位等，椎間隙高度與術(shù)前相比，基本保持不變。磁共振顯示L5、L6椎間隙處的T2等信號(hào)影，由4周時(shí)的大小約為30m㎡逐步縮小到約為6m㎡，體現(xiàn)了顯影的無(wú)機(jī)材料逐步變少的這一個(gè)動(dòng)態(tài)過程。掃描電鏡觀察骨與材料間的“階梯狀”改變隨著時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸變得不明顯，甚至消失；高倍鏡下，骨與復(fù)合材料的界面逐漸結(jié)合后難以區(qū)分，更進(jìn)一步說明了降解性能良好。從復(fù)合材料、自體髂骨、骨水泥三組實(shí)驗(yàn)動(dòng)物術(shù)后36周時(shí)，與椎骨結(jié)合的

10、掃描電鏡觀察結(jié)果顯示可以看出：自體髂骨的結(jié)合情況最好，復(fù)合材料次之，而骨水泥組基本不結(jié)合。 細(xì)胞毒性試驗(yàn)顯示成骨細(xì)胞在復(fù)合材料浸提液中生長(zhǎng)良好，標(biāo)準(zhǔn)在0～1級(jí)之間，增殖良好。全身急性、亞急性、慢性毒性試驗(yàn)、溶血試驗(yàn)、熱原試驗(yàn)、抑菌試驗(yàn)均顯示復(fù)合材料無(wú)明顯毒性反應(yīng)。皮內(nèi)試驗(yàn)炎癥反應(yīng)輕，肌肉植入試驗(yàn)隨著時(shí)間的變化，炎癥程度先增強(qiáng)后減弱，然后在Ⅰ級(jí)趨于穩(wěn)定；而首先無(wú)囊壁形成，然后囊壁逐漸增厚至Ⅳ級(jí)，最后維持在Ⅰ級(jí)趨于穩(wěn)定，顯示了良好的