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文檔簡(jiǎn)介
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(biāo)。理想的植骨材料應(yīng)該具備以下特點(diǎn):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(qiáng)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(qiáng)的抗壓強(qiáng)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(shí)又保持其良好的促進(jìn)骨激發(fā)的能力,成為廣大學(xué)者研究的熱點(diǎn)。本課題組成員與美國(guó)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(yàn)證MPBB是否在擁有一定的生物力學(xué)強(qiáng)度的同時(shí),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(duì)成骨細(xì)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(duì)成骨細(xì)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(duì)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(xì)胞,光學(xué)顯微鏡下觀察細(xì)胞大體情況并進(jìn)行吉姆薩染色進(jìn)行細(xì)胞計(jì)數(shù)比較;
4.將MC3T3-E1小鼠成骨細(xì)胞直接種植于MPBB與β-TCP材料上,掃描電鏡下觀察細(xì)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(xì)胞,進(jìn)行細(xì)胞黏著斑蛋白(Venculin)免疫熒光染色比較兩種材料對(duì)成骨細(xì)胞的核質(zhì)比、Venculin免疫熒光強(qiáng)度;
5.利用MPBB與β-TCP浸提
5、液培養(yǎng)MC3T3-E1小鼠成骨細(xì)胞,進(jìn)行BrdU免疫熒光染色及MTT檢測(cè)比較兩組成骨細(xì)胞的Brdu陽性細(xì)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(xì)胞,進(jìn)行成骨細(xì)胞特異性轉(zhuǎn)錄因子(OSX)免疫熒光染色檢測(cè)、堿性磷酸酶(ALP)染色、鈣結(jié)節(jié)檢測(cè)、實(shí)時(shí)定量PCR檢測(cè)比較兩組成骨細(xì)胞的OSX陽性細(xì)胞比率、ALP活性率、礦化率及成骨基因mRNA相對(duì)表達(dá)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(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,MPBB在浸泡6小時(shí)時(shí)已有羥基磷灰石沉積,隨著浸泡時(shí)間延長(zhǎng)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(xì)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(jì)數(shù),MPBB組成骨細(xì)胞個(gè)數(shù)為106.0±6.025,β-TCP組成骨細(xì)胞個(gè)數(shù)為40.20±3.639,兩者差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)。
4.將MC3T3-E1小鼠成骨細(xì)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(xì)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(xì)胞核質(zhì)比、Venculin熒光強(qiáng)度較β-TCP組高,兩組差異均具有統(tǒng)計(jì)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(xì)胞比率比β-TCP組高,兩組差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05);MTT結(jié)果顯示第3天時(shí)MPBB組成骨細(xì)胞OD值較β-TCP組高,兩組差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),第5天時(shí),兩組細(xì)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(jì)學(xué)意義(P<0.01)。
6.OSX免疫熒光染色檢測(cè)中,MPBB組OSX陽性細(xì)胞比
9、率較β-TCP組高,兩組差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01);ALP染色定量分析發(fā)現(xiàn),MPBB組的成骨細(xì)胞ALP活性率較β-TCP組高,兩組差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01);鈣結(jié)節(jié)檢測(cè)結(jié)果也表明,MPBB組的成骨細(xì)胞礦化率較β-TCP組高,兩組差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05);實(shí)時(shí)定量PCR檢測(cè)兩組成骨細(xì)胞的成骨相關(guān)基因表達(dá)量結(jié)果顯示,第4天時(shí)MPBB組成骨細(xì)胞的ALP、OCN(骨鈣素)、Collagen1(1型膠原蛋白)的mRNA相
10、對(duì)表達(dá)量已超過β-TCP組,且差異都具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,到第7天時(shí),MPBB組成骨基因mRNA相對(duì)表達(dá)量進(jìn)一步增加。
小結(jié):
MPBB相對(duì)于β-TCP含有較多的Si元素,能促進(jìn)MC3T3-E1細(xì)胞的貼附能力,并對(duì)其增殖、活力及成骨分化都具有明顯的促進(jìn)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(jìn)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(cè)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?zé)晒怆p標(biāo)檢測(cè)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(cè)三組材料的新骨生成面積百分比,通過生物力學(xué)檢測(cè)三組材料的壓縮強(qiáng)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(shí) 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(shí),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(shí)MPBB組與β-TCP組、NoveBone組比較差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001),24周時(shí)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(jì)學(xué)意義(P<0.01),而MPBB組較NoveBone組比較差異也具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01);熒光雙標(biāo)結(jié)果顯示,4周時(shí)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(jì)學(xué)意義(P<0.01);通過Van Gieson染色檢測(cè)發(fā)現(xiàn),MPBB組、β-TCP組、
15、NoveBone組在各個(gè)時(shí)間點(diǎn)新骨生成面積百分比分別為4周時(shí)(5.43±1.25,2.77±0.85,6.51±1.21),12周時(shí)(8.48±0.84,2.94±0.65,11.42±2.66),24周時(shí)(23.55±1.13,12.92±0.45,19.53±0.91),24周時(shí)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(jì)學(xué)意義(P<0.001);生物力學(xué)檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn),MPBB組與β-TCP組的壓
16、縮強(qiáng)度隨著時(shí)間延長(zhǎng)都有一定程度的增加,兩者的壓縮強(qiáng)度比較沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義, MPBB組彈性模量術(shù)后三個(gè)時(shí)間點(diǎn)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(shí)具有較好的骨激發(fā)作用,且植入體內(nèi)后,具有較強(qiáng)的生物力學(xué)性能,為其下一步應(yīng)用于負(fù)重部位骨缺損的植骨提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
結(jié)論:
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