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新型多孔型磷酸钙骨水泥的生物相容性研究

作　者: 罗毅
导　师: 李奇
学　校: 南方医科大学
专　业: 骨外科学
关键词: 多孔结构磷酸钙骨水泥骨粘合剂生物相容性可降解性
分类号: R318.08
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

研究背景骨缺损的修复重建是现代骨科治疗领域的热点之一，对骨移植材料的选择，除要具有来源广泛，易于携带，使用方便，成骨活性良好的特点外，还必须适应各种各样的骨缺损类型，具有可塑形和粘接功能，这点对于提高骨缺损的修复，显得尤为重要。目前，骨移植修复材料主要分两大类：生物材料和人工材料，具体材料多种多样，由于每种材料的性能和特点不同，实际应用中各有优缺点，因此联合采用两种以上的材料往往可以取长补短，达到理想效果。磷酸钙骨水泥(Calcitun Phosphate cement，CPC)又称羟基磷灰石骨水泥(Hydroxyapatite cement，HA)，是一种具有生物学活性的新型非陶瓷型羟基磷灰石类人工骨材料，具有众多优点：具有自固化特点，可以任意塑形，有良好的生物相容性，有可降解性和骨传导性，这种骨水泥可以与骨组织紧密结合，CPC在固化过程中不产生热量，对周围组织不产生任何损伤。但是，CPC骨水泥的降解速度较慢、骨爬行替代时间较长。因此，改进CPC降解速度的研究是一个重要课题。CPC降解速度缓慢的原因与其结构有关，CPC虽然最大程度上模仿了天然骨的矿物相，但却结构致密，缺乏天然骨的孔隙结构，从而限制了新生骨向材料内部长入，因此，促进CPC降解与吸收也就成为当前CPC研究的热点之一。CPC植入体内会发生被动和主动两种方式的吸收。材料在体液条件下有一定的离散率，被动吸收程度依赖于水泥终成分，受材料的多孔性、离子置换、晶体特征以及水泥组织界面的PH值影响。主动吸收则与破骨细胞的细胞活性有关。研究显示吸收率和病人的性别、年龄、新陈代谢、社会习惯、材料植入部位、材料成分及几何学特征等许多因素有关。外科医生或者材料工程师很难控制病人因素，唯有通过改变材料的几何学特征和组成来促使其降解。Ooms等发现CPC植入后24周才吸收了20％。一般认为大孔隙有利于细胞渗入、骨内生和移植物的固定。因此增加孔隙尤其是增加大孔隙成为促CPC吸收的一个研究方向，许多实验表明磷酸钙的乳化技术，即添加适当大小的高溶性晶体：甘露醇、蔗糖等方法都可以制作大孔隙CPC。本实验研究材料——新型多孔型磷酸钙骨水泥(Porous Calcitun Phosphate cement，PCPC)是在普通磷酸钙骨水泥的基础上通过添加甘露醇配制而成，其孔隙率为44％，大孔率为18％，凝固时间为38min，抗压强度为8MPa。目的研究新型多孔磷酸钙骨水泥(PCPC)的生物相容性和安全性，探讨其降解和成骨性能，为其临床应用提供实验依据。方法通过采用浸提法制备PCPC浸提液；在小鼠腹腔内注射PCPC浸提液进行急性毒性试验，观察小白鼠一般状况(呼吸状态、进食及活动情况)和死亡情况；在豚鼠脊柱两旁作皮内注射PCPC浸提液进行致敏试验，观察注射点有无红斑、水肿、硬结及焦痂等形成情况；在兔血液中加入PCPC浸提液采用分光光度法进行溶血试验，观察PCPC是否具有溶血作用；自兔耳缘静脉缓慢注入PCPC混悬液(PCPC：0.9％氯化钠溶液=100 g／l)进行热原试验，观察PCPC是否具有致热性；通过新西兰兔股骨髁部骨内埋植试验观察PCPC在骨内的成骨活性和组织相容性。结果该材料原液对稀释兔血的溶血率＜5％，无溶血现象，材料原液未引起小鼠急性毒性反应、新西兰白兔热原反应及豚鼠过敏反应。骨内植入后无明显炎症反应，在不同时期的HE染色光镜下观察，在实验组(PCPC)可明显发现新生的编织骨不规则的分布于骨缺损中，成骨细胞蓝染，衬于新生骨小梁边缘，其间可见少量的巨噬细胞。骨小梁的长入分布与材料的孔隙空间一致，材料逐渐被新生骨小梁分割包绕，中央区开始出现小量的新生骨小梁，成骨活跃，边缘区逐渐可见到成熟骨组织，并出现骨髓腔结构，骨组织逐渐改建，趋于成熟。而对照组(CPC)，2周时骨—骨水泥材料界面整齐，无新骨生长。4，8，12，16周材料的边缘区有新骨生长，并随时间呈递增趋势，材料的中央区未见新骨组织。扫描电镜下观察：在低倍扫描电镜下发现，该新型PCPC的孔径在200-400μm之间分布，大部分孔隙与孔隙之间有90μm左右小孔道贯通，类似松质骨结构。在骨内植入4周时高倍扫描电镜下观察，在骨-骨水泥交接面可见新生骨小梁沿着PCPC的孔隙伸长入其内部，两者之间紧密结合，表明该PCPC具有较好的骨传导性。16周时，PCPC密度明显减低，说明其降解反应仍继续进行；其间可见网状结构的骨小梁形成，二者之间未见透亮线，表明已牢固结合，达成生物学铆定。随着骨水泥降解反应的逐步进行，新生骨组织的增多，其周围钙盐沉积、钙化，并进一步形成骨组织。结论通过以上实验，我们认为PCPC无毒性、无致敏、无致热和无溶血作用，植入后无炎症反应，可以与骨组织生物结合。上述结果均达到生物材料生物相容性和安全性检测标准，证明该新型PCPC具有良好的生物相容性、骨传导性和可降解性，多孔结构的存在明显加快了材料的降解，并为新骨组织的长入提供了有利条件，使材料早期获得稳定，具有广阔的临床应用前景。

全文目录

摘要  3-6
ABSTRACT  6-12
前言  12-13
新型多孔型磷酸钙骨水泥(PCPC)的生物相容性研究  13-41
  材料与方法  13-20
  结果  20-23
  讨论  23-29
  结论  29-30
  参考文献  30-33
  附图和说明  33-41
附录一: 综述  41-56
附录二: 发表的论文  56-57
附录三: 论文统计合格证明  57-58
致谢  58-59
中英文对照缩略词表  59-60

新型多孔型磷酸钙骨水泥的生物相容性研究

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