新型多孔生物活性椎體成型材料的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、研究背景：
　　我國每年新發(fā)骨質(zhì)疏松性脊柱骨折約181萬例。臨床治療最常用的方法是椎體成型術(shù)，即將聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥填充椎體，強(qiáng)化椎體的力學(xué)性能。但該材料存在明顯缺陷：不可吸收，無成骨活性，彈性模量過高。尋找一種體內(nèi)可吸收、具有成骨活性、較低彈性模量的椎體成型材料非常重要。生物玻璃是近年才出現(xiàn)的一類性能優(yōu)良的生物材料，具有良好的生物活性和生物相容性。殼聚糖為一種天然高分子材料，具有良好的生物相容性和體內(nèi)可降解特性。將生物玻璃顆

2、粒和殼聚糖顆粒與聚甲基丙烯酸甲酯復(fù)合，可使骨水泥具有生物活性和體內(nèi)可吸收特性，有望制成一種符合以上要求的新型椎體成型材料。
　　研究目的：
　　研發(fā)出一種適用于經(jīng)皮椎體成型術(shù)的體內(nèi)可吸收、具有成骨活性、較低彈性模量的新型可注射型椎體成型材料。
　　材料方法：
　　1.新型椎體成型材料的固相由生物玻璃顆粒、殼聚糖顆粒和聚甲基丙烯酸甲酯粉末組成。將45S5生物玻璃采用球磨裝置研磨成粒徑約為10μm的顆粒，選用平均分子

3、量為300KD、乙酰化度大于90％的低分子量的殼聚糖，聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥選用美國史賽克公司的Simplex P骨水泥。按照椎體成型材料的固相成份，分為三個(gè)組：BC40組由40wt%的生物玻璃顆粒、50 wt%的聚甲基丙烯酸甲酯粉末和10wt%殼聚糖顆粒組成；BC50組由50 wt%的生物玻璃顆粒、40 wt%的聚甲基丙烯酸甲酯粉末和10 wt%殼聚糖顆粒組成；PMMA組作為對(duì)照，由100wt%的聚甲基丙烯酸甲酯粉末組成。固化液購自美

4、國史賽克公司，成份為97.5 wt%甲基丙烯酸甲酯、2.5 wt%二甲基對(duì)甲苯胺和7.5mg/mL的對(duì)苯二酚。骨水泥固相/液相比例為1.5:1。各組骨水泥固化后，在掃描電子顯微鏡上觀察材料的表面形態(tài)，確定材料各組份的分布情況。
　　2.將骨水泥樣本浸泡于PBS磷酸緩沖溶液中降解4周，檢測各組骨水泥降解前與降解后1周、2周和4周的壓縮強(qiáng)度和彈性模量。模擬體液中浸泡BC40組骨水泥樣本21天后，進(jìn)行掃描電鏡、能譜分析和X射線衍分析，評(píng)

5、價(jià)材料的體外生物活性。
　　3.以 PMMA組為對(duì)照，采用MC3T3-E1小鼠成骨細(xì)胞評(píng)價(jià)新型椎體成型材料的細(xì)胞毒性，分析材料對(duì)成骨細(xì)胞的貼附、增殖和分化的影響。
　　4.將骨水泥材料植入兔股骨髁部骨缺損模型中12周，采用顯微CT和組織學(xué)的方法，分析新型椎體成型材料的體內(nèi)成骨和降解情況。
　　結(jié)果：
　　1.骨水泥材料固化后的掃描電鏡結(jié)果提示：BC40和BC50組中殼聚糖顆粒和生物玻璃顆粒均勻的分布于PMMA基質(zhì)

6、當(dāng)中，而PMMA組呈現(xiàn)光滑的表面結(jié)構(gòu)。
　　2.BC40組、BC50組和PMMA組的固化時(shí)間分別為12.7±0.3min、14.2±0.3min和8.6±0.3min，BC40組和BC50組的固化時(shí)間長于PMMA組。BC40組和BC50組的壓縮強(qiáng)度經(jīng)過4周的降解分別降低到72.71±3.53Mpa和63.60±4.92Mpa，而PMMA組的壓縮強(qiáng)度沒有出現(xiàn)明顯下降；BC40組和BC50組的彈性模量降低到1.54±0.04Gpa和1

7、.49±0.05Gpa，低于PMMA組的彈性模量。經(jīng)過PBS中4周的降解，BC40表面形成直徑約100μm的不規(guī)則大孔。掃描電鏡結(jié)果示BC40在模擬體液浸泡7天后表面發(fā)生了明顯的變化，表面有磷灰石結(jié)晶形成。能譜分析結(jié)果示浸泡7天后材料表面硅元素基本消失，鈣元素和磷元素的含量明顯增加。浸泡21天后X線衍射分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)衍射角32°位置有高峰形成。
　　3.PMMA組與BC40組細(xì)胞毒性沒有明顯差異。成骨細(xì)胞貼附3小時(shí)后，PMMA組細(xì)胞

8、貼附數(shù)量較少，且細(xì)胞沒有完全伸展開，而BC40組細(xì)胞貼附數(shù)量較多，展開的細(xì)胞骨架清晰可見，且BC40組的細(xì)胞貼附率高于PMMA組。細(xì)胞增殖4天后BC40組細(xì)胞數(shù)量高于PMMA組。成骨細(xì)胞分化7天和14天后BC40組的堿性磷酸酶活性高于PMMA組。
　　4.顯微CT結(jié)果示，BC40樣本周圍有明顯的新骨長入，PMMA樣本周圍無明顯的變化，BC40的新生骨體積高于PMMA。BC40樣本在邊緣有部分的材料降解，并形成表面多孔結(jié)構(gòu)，而PMM