新型可膨脹PMMA骨水泥的研發(fā)及其理化性質(zhì)及生物相容性研究.pdf

1、隨著人口老年化不斷發(fā)展，以骨量降低、小梁結(jié)構(gòu)退化為特征的骨質(zhì)疏松癥（osteoporosis，OP）發(fā)病率不斷升高。OP患者最常出現(xiàn)椎體壓縮性骨折（osteoporotic vertebral compression fractures，OVCFs），不僅引起劇烈腰背疼痛的癥狀，降低患者的生活質(zhì)量，還可導(dǎo)致椎體高度下降，形成脊柱后凸畸形，嚴(yán)重影響患者心肺功能，增加患者的死亡率。
　　椎體成形術(shù)（Vertebroplasty，VP）

2、能夠顯著減輕患者疼痛、部分恢復(fù)椎體高度、避免后凸畸形加重而成為 OVCFs的主要治療術(shù)式。目前，VP術(shù)中主要采用聚甲基丙烯酸甲酯（poly methyl methacrylate，PMMA）骨水泥，但研究發(fā)現(xiàn)，PMMA在聚合過程中會(huì)產(chǎn)生3.82％~7.08%的體積收縮，而收縮過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致骨水泥界面產(chǎn)生微裂隙，進(jìn)而影響強(qiáng)化椎體的長期穩(wěn)定性及力學(xué)性能。同時(shí)，PMMA骨水泥還存在著彈性模量過高、聚合過程急劇放熱、不可吸收等諸多缺

3、陷，這也被認(rèn)為是導(dǎo)致椎體臨近節(jié)段再骨折，神經(jīng)灼傷甚至骨壞死的主要原因。能否研發(fā)一種具有吸水自膨脹特性、低彈性模量的新型骨水泥是生物材料研發(fā)領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。
　　本研究借鑒工程建筑學(xué)中采用添加膨脹材料克服工業(yè)骨水泥凝固收縮的原理，擬用吸水樹脂聚丙烯酸（ploy acrylic acid，PAA）與PMMA骨水泥（PMMA bone cement，PBC）進(jìn)行固態(tài)共混改性，進(jìn)而獲得一種具有自膨脹、足夠力學(xué)強(qiáng)度、較低彈性模量、無急劇放熱

4、過程的新型骨水泥材料，并對(duì)其進(jìn)行理化性質(zhì)、生物力學(xué)特性及生物相容性進(jìn)行分析，以期獲得一種新型的、用于椎體強(qiáng)化的骨修復(fù)重建材料。
　　目的：研發(fā)一種新型吸水自膨脹的PMMA骨水泥，并分析其理化性質(zhì)、生物力學(xué)特征及其生物相容性，進(jìn)而評(píng)估其臨床應(yīng)用的前景。
　　方法：以 PAA改性 PMMA，進(jìn)而研發(fā)一種具有膨脹特性的骨水泥材料（expandable bone cement，EBC）。通過測定EBC的膨脹倍率評(píng)價(jià)骨水泥的膨脹性能；

5、根據(jù)骨水泥測試標(biāo)準(zhǔn)（ISO5833-2002）測定聚合溫度、面團(tuán)時(shí)間、凝固時(shí)間等指標(biāo)評(píng)價(jià)EBC的理化性質(zhì)；采用掃描電鏡及顯微CT觀察EBC材料PAA-PMMA結(jié)合界面與內(nèi)部三維結(jié)構(gòu)；通過擠入實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià) EBC的可注射性；通過壓縮實(shí)驗(yàn)測定 EBC的壓縮強(qiáng)度及彈性模量等生物力學(xué)的特征；同時(shí)，用含有EBC及PBC浸提液的培養(yǎng)基培養(yǎng)成骨細(xì)胞，CCK-8測定EBC的細(xì)胞毒性作用評(píng)價(jià)EBC的生物相容性。
　　結(jié)果：（1）EBC在模擬體液中浸泡2

6、4h吸液平衡后能夠?qū)崿F(xiàn)8.80%的體積膨脹。EBC的聚合溫度僅為51.7℃，顯著低于PBC（P＜0.05），且適宜注射的面團(tuán)時(shí)間顯著延長（P＜0.05），兩者的凝固時(shí)間無顯著差異（P＞0.05）。（2）掃描電鏡觀察顯示改性材料PAA與PMMA可相互共存，且在EBC凝固后仍具備吸水膨脹的功能。同時(shí)顯微CT掃描可見PAA能夠在PMMA中均勻分布，保證了EBC能夠在注射過程中吸水均勻膨脹。（3）EBC及PBC在模具中擠入長度分別為4.27±0

7、.12mm、5.04±1.44mm，兩者之間無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＞0.05）。（4）在經(jīng) PAA改性后，EBC的壓縮強(qiáng)度及彈性模量分別為36.15±11.19MPa和849.26±324.47MPa，均低于 PBC材料（P＜0.05），但明顯高于正常椎體松質(zhì)骨。（5）CCK-8細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)顯示，PBC與EBC組之間相對(duì)吸光度無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。
　　結(jié)論：新型EBC具有良好的遇水膨脹性能，能夠有效克服PBC凝固收縮的缺陷。該材料具有較低的聚