PLLA-PLGA-HA復合材料的制備與評價.pdf

1、目的：本研究為一種改進的以PLLA為基體的復合材料，通過對其物相組成、力學性能、降解性能、顯微結構及其生物學行為進行較系統(tǒng)深入的研究，以探求是否符合生物工程材料的要求，而可運用于臨床。 方法：以新制備的L-丙交酯和乙交酯（5：1的摩爾比）作單體，在140℃和真空條件下采用開環(huán)聚合法制備共聚物PLGA。以HA顆粒與PLLA和PLGA為原料制備復合材料，并采用模壓成型的方法制備條形樣品。分別測試含不同質量比的HA試樣三點抗彎強度及彈

2、性模量、剪切強度、抗扭轉強度。 為了解PLLA、PLGA和復合材料對降解的影響，三者的試樣在PBS液中進行降解產物自催化24周，分期檢測降解液中的酸度pH值、失重率、吸水率、力學性能變化、分子量分布及變化，并對復合材料不同時間點表面和斷面的形貌做掃描電鏡檢查，以探求降解機制。 成骨樣細胞株MG-63以105個/ml與復合材料共同培養(yǎng)，倒置顯微鏡觀察細胞形態(tài)變化，電鏡觀察細胞在復合材料表面黏附情況。連續(xù)培養(yǎng)后行VonKos

3、sa染色、堿性磷酸酶染色及堿性磷酸酶含量測定。將復合材料置于兔的皮下肌肉組織中，分別在1周、2周、4周、8周、16周和32周內取材行材料-組織界面的HE染色，按國家醫(yī)療器械生物學評價標準分別對復合材料進行急性毒性試驗、亞急性毒性試驗、熱原試驗、溶血試驗、抑菌試驗等檢測。 27只兔，分3組，每組實驗動物各9只，在術后12、24、36周分別處死實驗動物，取出含植入標本的腰椎行病理切片觀察復合材料成骨情況和降解情況；經(jīng)X線透射檢測，自

4、體髂骨植骨、復合材料植入、骨水泥植入三組術后4周、16周、24周，36周時的正側位片。對植入復合材料中的3只行術后4、12、24、36周時MRI觀察。掃描電鏡結合能譜觀察體內降解12、24、36周后斷面和骨-材料界面的形貌變化。所有動物觀察椎間植入后的融合情況。 結果： 復合材料的抗彎強度隨著HA添加量的增加而增加，而抗彎模量隨著HA添加量的增加而降低。當HA含量為15％時，復合材料的抗彎強度和抗彎模量分別達到220MP

5、a和5.35GPa以上；復合材料中HA顆粒和聚合物基體之間形成良好的界面，后隨著HA添加量的減少，復合材料發(fā)生了從脆性斷裂向韌性斷裂轉化的過程。PLLA、PLGA和復合材料在PBS溶液中降解時，其吸水率和失重率都逐漸增加，而pH值則逐漸的降低，但復合材料的變化慢于前二者。PLLA、PLGA和復合材料的力學性能隨降解時間的增加都呈現(xiàn)出下降的趨勢，但復合材料的力學性能衰減速率明顯低于前二者；在降解初期PLLA、PLGA和復合材料的分子量下降

6、速率較快，隨著降解地進行，下降地速率逐漸的變慢。PLLA在PBS溶液中的降解屬于本體水解，由于基體內部水解所產生的低聚物難以通過擴散排出，引起內部鏈端羧基濃度增加，產生“自催化水解”，從而導致材料內部的降解速率比表面快，材料中心產生空洞，表層形成外殼，即“雙態(tài)降解”。復合材料中由于HA的堿性中和了PLLA降解中的酸性產物，加快了內部降解產物的擴散，減緩了酸對PLLA的催化降解作用。 成骨細胞樣細胞貼壁生長，成多角形、星形，形態(tài)正

7、常貼附、鋪展，與復合材料表面緊密連接，電鏡下見細胞有偽足伸出，成為細胞在材料表面適宜生長提供了一個有力的證據(jù)。細胞生長良好、增殖性能佳，細胞毒性小。骨礦化培養(yǎng)7天胞體出現(xiàn)云霧狀鈣化灶，培養(yǎng)4周Vonkossa染色形成大的黑色結節(jié)；堿性磷酸酶鈣-鈷法染色示胞漿內出現(xiàn)呈深藍色細顆粒樣物質，細胞呈梭形、多角形、橢圓形等，形狀各異，大小不等，細胞之間連接成網(wǎng)狀，定量檢測示第12天達到最高峰14.7U/L，兩者結合均說明復合材料可引導部分細胞表達

8、成骨活性。 將三者的復合材料、自體髂骨、骨水泥三者分別植入3組兔體內，從組織學改變可以看出骨組織隨著時間的延長，由分散的塊狀逐步變?yōu)閳F聚的現(xiàn)象，于術后36周時新生的骨島間彼此連接，長出新骨。復合材料由最初的大片狀逐漸形成小塊狀，24周時形成“瓦片狀”和“魚鱗狀”排列，36周時材料降解徹底的“空泡狀”痕跡遍布整個視野，難以與骨質絕然分開，表示降解良好。X線檢查顯示術后36周時植入材料組動物的側位片可基本達到與自體髂骨等同良好的融合

9、效果，未見植入的材料沉陷、松動、脫出，移位等，椎間隙高度與術前相比，基本保持不變。磁共振顯示L5、L6椎間隙處的T2等信號影，由4周時的大小約為30m㎡逐步縮小到約為6m㎡，體現(xiàn)了顯影的無機材料逐步變少的這一個動態(tài)過程。掃描電鏡觀察骨與材料間的“階梯狀”改變隨著時間的延長逐漸變得不明顯，甚至消失；高倍鏡下，骨與復合材料的界面逐漸結合后難以區(qū)分，更進一步說明了降解性能良好。從復合材料、自體髂骨、骨水泥三組實驗動物術后36周時，與椎骨結合的

10、掃描電鏡觀察結果顯示可以看出：自體髂骨的結合情況最好，復合材料次之，而骨水泥組基本不結合。 細胞毒性試驗顯示成骨細胞在復合材料浸提液中生長良好，標準在0～1級之間，增殖良好。全身急性、亞急性、慢性毒性試驗、溶血試驗、熱原試驗、抑菌試驗均顯示復合材料無明顯毒性反應。皮內試驗炎癥反應輕，肌肉植入試驗隨著時間的變化，炎癥程度先增強后減弱，然后在Ⅰ級趨于穩(wěn)定；而首先無囊壁形成，然后囊壁逐漸增厚至Ⅳ級，最后維持在Ⅰ級趨于穩(wěn)定，顯示了良好的