新型可降解生物活性復(fù)合材料聚氨基酸-硫酸鈣修復(fù)骨缺損的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、探討自行開發(fā)的聚氨基酸/硫酸鈣復(fù)合材料的滅菌方式、細(xì)胞毒性、生物相容性、生物活性、骨傳導(dǎo)性能及體內(nèi)降解性能，以期開發(fā)出一種具有良好的生物相容性、骨傳導(dǎo)性能及體內(nèi)降解性能的人工骨修復(fù)材料，并為其最終臨床應(yīng)用提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
　　 方法：
　　 1、將六種原料氨基酸，即6-氨基己酸、L-甘氨酸、L-脯氨酸、L-丙氨酸、L-苯丙氨酸和L-賴氨酸與硫酸鈣按一定比例復(fù)合，采用熔融縮聚法合成得到PAA/CS復(fù)合材料。分別采用γ-射線、

2、高壓蒸汽、低溫等離子、環(huán)氧乙烷和紫外線等方法對PAA/CS復(fù)合材料進(jìn)行滅菌，通過X線衍射分析材料結(jié)晶結(jié)構(gòu)變化，力學(xué)測試材料抗壓強(qiáng)度變化，L929細(xì)胞培養(yǎng)試驗(yàn)判斷材料浸提液毒性變化。
　　 2、分別采用體外MG63細(xì)胞黏附試驗(yàn)及動物體內(nèi)骨植入實(shí)驗(yàn)對PAA/CS復(fù)合材料的生物活性進(jìn)行初步評價。將人成骨樣細(xì)胞系MG63細(xì)胞種植于圓片狀PAA/CS、PAA、CS材料(直徑10mm，厚2mm)表面，并設(shè)立空白對照，每組6個復(fù)孔。采用SEM

3、觀察細(xì)胞在材料表面黏附及生長情況，通過檢測堿性磷酸酶及骨鈣素表達(dá)判斷細(xì)胞成骨分化情況。將圓棒狀PAA/CS材料(直徑2mm，長6mm)植入兔一側(cè)脛骨，對側(cè)植入相同大小聚乙烯作為對照。分別在術(shù)后2、8、16W取材進(jìn)行大體觀察、脫鈣骨組織切片HE染色觀察材料與機(jī)體的生物學(xué)反應(yīng)。
　　 3、在兔的雙側(cè)股骨髁松質(zhì)骨區(qū)制造直徑6.5mm，深6mm的骨缺損，36只兔共制造72個股骨髁骨缺損，分為3組，其中一側(cè)植入顆粒狀PAA/CS復(fù)合材料(

4、5-10目)，另一側(cè)植入顆粒狀CS材料(5-10目)或不植入任何材料作為對照。分別在術(shù)后2、4、12W取材進(jìn)行大體觀察、微型CT掃描、脫鈣骨組織切片Masson三色及甲苯胺藍(lán)染色，觀察材料在動物體內(nèi)的反應(yīng)、骨缺損修復(fù)及材料降解情況。
　　 結(jié)果：
　　 1、PAA/CS材料經(jīng)各種方法滅菌后沒有新的結(jié)晶峰出現(xiàn)，各結(jié)晶峰形態(tài)及位置無明顯變化，表明此五種滅菌方法對其結(jié)晶結(jié)構(gòu)沒有明顯影響。經(jīng)高壓蒸汽和低溫等離子滅菌后，其抗壓強(qiáng)度

5、明顯下降；其余滅菌方法對其壓縮強(qiáng)度無明顯影響。經(jīng)γ-射線輻照、高壓蒸汽、低溫等離子滅菌后，其浸提液顯著影響L929細(xì)胞生長，細(xì)胞毒性為3～4級；而經(jīng)環(huán)氧乙烷及紫外線滅菌后，其浸提液對L929細(xì)胞生長及增值無明顯影響，細(xì)胞毒性為0～1級。
　　 2、PAA/CS及PAA周緣MG63細(xì)胞生長良好，而且隨培養(yǎng)時間延長細(xì)胞數(shù)目增多，說明此兩種材料均具有良好的細(xì)胞相容性。MG63細(xì)胞在PAA及PAA/CS表面良好黏附、生長，而CS表面未見

6、細(xì)胞黏附。14d時，PAA/CS與PAA組ALP活性明顯高于其它組，而兩者間無明顯統(tǒng)計學(xué)差異；PAA/CS組骨鈣素含量明顯高于PAA組及其它各組。PAA/CS植入骨內(nèi)后，2W時材料與宿主骨結(jié)合緊密，未見炎性反應(yīng)；8W時材料表面形成新生骨組織，16W時可見新生骨分化成熟并長入材料內(nèi)部；整個觀察期未見材料周圍肌肉或骨組織發(fā)生異常病理變化或免疫排斥反應(yīng)。
　　 3、觀察期間，所有動物未見傷口感染、血腫及潰爛，傷口均在術(shù)后3天左右愈合。

7、大體觀察顯示CS在術(shù)后2W已大部分發(fā)生降解，缺損表面有少量粘液形成，在4W時已完全降解；而PAA/CS在植入后4W才有明顯降解，12W時基本完全降解，僅有少量殘留，未見異常組織反應(yīng)。脫鈣骨切片顯示PAA/CS材料表面早期即有成骨細(xì)胞聚集，并有少量新生骨形成。隨著材料的降解，新生骨組織長入PAA/CS材料內(nèi)部并逐漸分化成熟。12W時各組骨缺損均得到修復(fù)，但微型CT顯示空白組僅有皮質(zhì)骨缺損得到修復(fù)，缺損內(nèi)部骨小梁較少，骨密度明顯低于PAA/

8、CS組及CS組。
　　 結(jié)論：
　　 1、環(huán)氧乙烷及紫外線滅菌對PAA/CS材料結(jié)晶結(jié)構(gòu)、抗壓強(qiáng)度、細(xì)胞毒性無明顯影響，可作為其滅菌選擇。γ-射線輻照、高壓蒸汽、低溫等離子滅菌對其抗壓強(qiáng)度或細(xì)胞毒性產(chǎn)生一定影響，不適于對其滅菌。
　　 2、MG63細(xì)胞在PAA/CS表面能夠良好地黏附、生長及成骨分化；PAA/CS不引發(fā)機(jī)體異常反應(yīng)，并能與骨組織發(fā)生骨性鍵合?？梢奝AA/CS材料具有良好的細(xì)胞相容性、組織相容性及生