改良中空加壓螺釘復(fù)合可注射BMP緩釋載體治療股骨頸骨折的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、股骨頸骨折是臨床上常見的一種骨折，約占全身骨折的3.6％。由于股骨頸位置深在，解剖結(jié)構(gòu)和生物力學(xué)都非常特殊，股骨頸骨折后極易損傷頭、頸的血運(yùn)，使股骨頭血供減少，不但使骨折不易愈合，而且容易發(fā)生股骨頭缺血性壞死，文獻(xiàn)報(bào)道股骨頸骨折繼發(fā)骨不連的發(fā)病率為20％，繼發(fā)股骨頭壞死的發(fā)病率高達(dá)30％。隨著組織工程技術(shù)的出現(xiàn)、發(fā)展和不斷進(jìn)步，將開辟股骨頸骨折及其并發(fā)癥系列治療的新途徑。本課題以股骨頸骨折為研究對(duì)象，在骨折解剖復(fù)位和堅(jiān)強(qiáng)內(nèi)固定的基礎(chǔ)上，

2、結(jié)合組織工程學(xué)研究，將組織工程技術(shù)與骨折內(nèi)固定原理相結(jié)合，通過改良中空加壓螺釘-BMP定向緩釋體系治療犬股骨頸骨折，為臨床治療股骨頸骨折進(jìn)行初步嘗試和探索性實(shí)驗(yàn)研究。 目的： 1．建立改良中空加壓螺釘內(nèi)固定股骨頸骨折的有限元模型，計(jì)算其內(nèi)固定股骨頸骨折的相關(guān)應(yīng)力分析，為其改良設(shè)計(jì)提供合理的力學(xué)驗(yàn)證。 2．制備rhBMP-2/PLGA微球并將其與纖維蛋白膠復(fù)合，構(gòu)建具有自固化能力的可注射性BMP緩釋體系，探討rhB

3、MP-2/PLGA微球/纖維蛋白凝膠臨床實(shí)際應(yīng)用的可行性。 3．測定復(fù)合材料的rhBMP-2體外釋放活性，并通過體外細(xì)胞培養(yǎng)和體內(nèi)異位成骨兩種方法探討其材料的組織相容性和異位成骨能力。 4．建立犬股骨頸骨折的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，觀察改良中空加壓螺釘-BMP緩釋系統(tǒng)在股骨頸骨折治療中的應(yīng)用，為治療股骨頸骨折進(jìn)行初步嘗試和探索性實(shí)驗(yàn)研究。 材料與方法： 1．在普通加壓螺釘設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行改良中空加壓螺釘?shù)脑O(shè)計(jì)，利

4、用有限元分析軟件ANSYS9.0對(duì)改良中空加壓螺釘微孔的分布以及螺釘?shù)膹?qiáng)度進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)． 2．采用復(fù)乳-溶劑揮發(fā)法制備W/O/W型rhBMP-2/PLGA載藥微球，并將攜載rhBMP-2的PLGA微球與纖維蛋白膠復(fù)合，建立具有自固化能力的可注射BMP緩釋系統(tǒng)。 3．通過體外培養(yǎng)BMSC，用rhBMP-2/PLGA微球和rhBMP-2/PLGA微球/纖維蛋白膠作為培養(yǎng)條件，通過ALP試劑盒檢測它們對(duì)BMSC分化的影響；并將

5、材料植入股部肌袋，通過組織學(xué)檢查評(píng)價(jià)材料的異位成骨能力。 4．選用健康成年雜種犬18只，均采用手術(shù)方法造成雙側(cè)股骨頸移位骨折模型，對(duì)照側(cè)采用改良中空加壓螺釘內(nèi)固定、實(shí)驗(yàn)側(cè)采用改良中空加壓螺釘內(nèi)固定復(fù)合可注射BMP緩釋載體，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物分別在4，8、12周處死取材，通過X線攝片、放射性核素骨掃描、及大體組織病理學(xué)等方法觀察股骨頸骨折愈合過程，客觀評(píng)價(jià)改良中空加壓螺釘內(nèi)固定復(fù)合可注射BMP緩釋載體治療股骨頸骨折的療效。 結(jié)果：

6、 1．有限元分析結(jié)果表明，開孔中空加壓螺釘可以滿足固定股骨頸骨折的力學(xué)強(qiáng)度。隨著開孔直徑的增加，中空加壓螺釘上的最大的Mises應(yīng)力就越大，也就是最大應(yīng)力越趨近于中空加壓螺釘?shù)膹?qiáng)度極限(896MPa)，根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定出開孔的上限值為d=2.0mm。 2．通過復(fù)乳-溶劑揮發(fā)法制備載藥微球粒徑為53.2±2.1μm，載藥率為(5.12±1.32)％。釋藥測定結(jié)果顯示：rhBMP-2/PLGA微球與rhBMP-2/PLGA微球

7、/纖維蛋白膠體外釋放均呈雙相，在微球組2h、8h、24h、2d釋放BMP量分別為3.65％、5.17％、8.95％、11.76％。隨后的3-42d呈持續(xù)緩慢釋放，42天釋放BMP量達(dá)到91.75％。在rhBMP-2/PLGA微球/纖維蛋白膠組2h、8h、24h釋放BMP量分別1.15％、1.75％、6.68％，2dBMP釋放量達(dá)到16.76％，隨后的3-42d也呈持續(xù)緩慢釋放，但釋放量均較BMP組少，42天釋放BMP量達(dá)到76.75％，

8、低于微球組(91.75％)。 3．堿性磷酸酶活性檢測結(jié)果顯示二組對(duì) BMSC的ALP活性均有促進(jìn)作用(P＜0.05)，并具有較強(qiáng)的異位誘導(dǎo)成骨能力。 4．結(jié)果：①X線檢查4周時(shí)骨折線模糊，8周骨折已基本消失，12周時(shí)骨折完全愈合，頭內(nèi)骨小梁清晰，密度正常，均無壞死表現(xiàn)，分別請放射科2位醫(yī)師單盲對(duì)比全部犬實(shí)驗(yàn)側(cè)及對(duì)照側(cè)骨折愈合情況均認(rèn)為實(shí)驗(yàn)側(cè)優(yōu)于對(duì)照側(cè)。②從獲取標(biāo)本的股骨頸斷面上觀察，實(shí)驗(yàn)組較對(duì)照組愈合良好。③組織學(xué)觀察也

9、發(fā)現(xiàn)術(shù)后4、8、12周實(shí)驗(yàn)側(cè)較對(duì)照側(cè)股骨頸修復(fù)過程快。④術(shù)后核素骨掃描檢查發(fā)現(xiàn)4周雙側(cè)股骨頭血供開始恢復(fù)，且實(shí)驗(yàn)側(cè)股骨頭血供恢復(fù)及骨組織修復(fù)過程快。術(shù)后4，8周實(shí)驗(yàn)側(cè)頭/干比值大于對(duì)照側(cè)，差異顯著(P＜0.01)，而對(duì)照側(cè)于12周出現(xiàn)最大值，此時(shí)對(duì)照側(cè)頭/干比值大于實(shí)驗(yàn)側(cè)，差異顯著(P＜0.01)。 結(jié)論： 1．改良中空加壓螺釘可以保證股骨頸骨折的解剖復(fù)位和堅(jiān)強(qiáng)內(nèi)固定，為中空加壓螺釘?shù)倪M(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)和醫(yī)療實(shí)踐提供了有力的

10、依據(jù)。 2．rhBMP-2/PLGA微球/纖維蛋白膠具有良好的緩釋效果并具有可注射性，既可以降低局部的酸環(huán)境，又可以在局部維持較高濃度，達(dá)到所期望的生物效應(yīng)。 3．rhBMP-2/PLGA微球/纖維蛋白膠復(fù)合材料可以作為BMP的可注射性載體，具有良好的生物活性、安全性、可生物降解，釋放的BMP具有較強(qiáng)的異位誘導(dǎo)成骨能力。 4．改良中空加壓螺釘-BMP定向釋放系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路是可行的，該系統(tǒng)既能完成骨折端加壓，達(dá)到堅(jiān)