磷酸钙骨水泥填充椎体成形过程中椎体生物力学评价

背景：目前椎体成形中常用的充填剂聚甲基丙烯酸甲酯因其过高的强度会引起临近节段骨折,新型材料磷酸钙骨水泥具有骨传导性,但其在体内的生物力学情况尚不明确。目的：模拟骨质疏松性骨折椎体的力学环境,观察磷酸钙骨水泥填充后椎体的力学变化情况,评价其在椎体成形中的适用性。设计、时间及地点：随机对照,动物体内生物力学实验,于2007-02/12在苏州大学实验动物中心完成。材料：成年雌性山羊12只,双侧去卵巢法制备骨量减少动物模型。方法：以直径4.0mm钻头横向钻通模型山羊L2～5腰椎椎体双侧皮质,两两随机向骨缺损内注入磷酸钙骨水泥或聚甲基丙烯酸甲酯,以L1和L6椎体为对照组。主要观察指标：生物力学测试仪测试术后2,6,12,24周各组椎体的强度和刚度。结果：磷酸钙骨水泥组椎体强度从2周起逐渐增强,在24周时最强,各时间点与对照组相当,但均低于聚甲基丙烯酸甲酯组。磷酸钙骨水泥组椎体刚度从2周开始下降,12周达到最低,24周时上升,但各时间点间无统计学差异（P=0.265）;聚甲基丙烯酸甲酯组刚度2～24周也无明显降低（P=0.815）;各时间点2组间比较无明显差异（P〉0.05）,但都低于对照组。结论：磷酸钙骨水泥填充后椎体具有更合适的生物力学强度,有望替代聚甲基丙烯酸甲酯在椎体成形中应用。     

负载骨形态发生蛋白新型骨填充材料应用于椎体成形

背景:磷酸钙骨水泥克服了聚甲基丙烯酸甲酯的诸多缺点并具有良好的生物相容性。而负载复合重组人类骨形态发生蛋白2的磷酸钙骨水泥经固化后可具有微孔结构,可提高经皮椎体成形充填材料的临床价值。目的:探讨以可注射型磷酸钙骨水泥和纤维蛋白胶作为共同载体,复合重组人类骨形态发生蛋白2,替代聚甲基丙烯酸甲酯应用于新西兰大白兔椎体成形的可行性。方法:制备磷酸钙骨水泥/纤维蛋白胶/复合重组人类骨形态发生蛋白2新型复合材料。采用小鼠肌袋异位诱导成骨模型对不同植入材料进行骨诱导活性评价;模仿椎体成形观察新型复合材料和聚甲基丙烯酸甲酯植入兔椎体后的生物力学改变。结果与结论:新型复合材料植入后2,4周碱性磷酸酶水平最高,植入后4周软骨细胞逐渐成熟,新骨形成,抗压强度和抗扭转强度明显低于正常椎体和聚甲基丙烯酸甲酯植入后(P<0.05),8周后材料被进一步降解,抗压强度和抗扭转强度均有所上升,扛扭转强度与正常椎体相比无显著差别,但仍明显低于聚甲基丙烯酸甲酯(P<0.05)。microCT提示其新生骨形成多而早,但聚甲基丙烯酸甲酯未见材料吸收及周围骨质长入。说明新型复合材料植入椎体后能够获得良好的骨诱导和骨传导功能,材料降解和新骨替代同步,接近于正常椎体的骨愈合,可望替代聚甲基丙烯酸甲酯应用于椎体成形。     

纳米碳管处理磷酸钙骨水泥的生物相容性及其强度和韧性

背景:由于骨缺损和骨质疏松等治疗需要大量的骨修复材料.但常用的骨修复材料之--磷酸钙骨水泥存在脆性大等缺陷,所以临床工作者一直期盼研制一种生物相容性和生物力学更好的骨科修复材料.目的:观察以纳米碳管处理的磷酸钙骨水泥材料的生物相容性和体外生物力学性能.方法:根据国际标准化组织颁布的ISO10993系列,对新型骨水泥材料进行体外溶血试验、细胞毒性试验、急性毒性试验、皮肤过敏性试验;取6具老年尸体胸腰段脊柱标本(T12～L4)进行体外生物力学性能测试,建立压缩性骨折模型后采用球囊扩张后凸椎体成形术恢复高度,分别注射填充纳米碳管处理的磷酸钙骨水泥和普通磷酸钙骨水泥,再进行前屈压缩,测量极限载荷、抗压强度、刚度.结果与结论:①新型材料浸提原液对健康人血红细胞溶血率为1.81%,无溶血现象.材料浸提液对L929细胞毒性分级为0级,无细胞毒性.材料浸提原液未引起小鼠急性毒性反应、小鼠遗传毒性及豚鼠过敏反应.②填充纳米碳管处理的磷酸钙骨水泥组成形后的极限载荷、抗压强度、刚度均高于普通磷酸钙骨水泥组(P<0.05).结果表明以纳米碳管处理的磷酸钙骨水泥材料生物相容性符合国际规定的体内植入物的生物学评价标准,其强度和韧性较普通骨水泥有较大的提高.     

丝素蛋白对磷酸钙骨水泥抗压强度及注射性的影响术

背景:高分子材料对磷酸钙骨水泥力学性能的增强作用已得到了一定的证实,但往往会同时减弱复合材料的注射性能,影响复合材料的临床应用.目的:将丝素蛋白加入磷酸钙骨水泥固相粉末中,观察其对骨水泥抗压强度和注射性的影响.设计、时间及地点:对照实验,于2007-09/12在苏州大学分析测试中心实验室完成.材料:磷酸钙骨水泥购自上海瑞邦生物材料有限公司,丝素蛋白为苏州大学材料工程学院自行合成.方法:按5,10,15,20,25,30 g/L的丝素蛋白质量比例,用自制的粉末搅拌器将丝素蛋白粉末和骨水泥固相粉末混合均匀,依次设为6个实验组,以单纯磷酸钙骨水泥为对照组,液固比均为0.4 mL/g.主要观察指标:测定丝素蛋白/磷酸钙骨水泥复合材料的抗压强度、注射系数,应用扫描电镜观察试件断裂面的微脱结构特征.结果:随着丝素蛋白质量比例增加,磷酸钙骨水泥的抗压强度呈现先上升后下降的趋势,当丝素蛋白质量比例为1%-2.5%时,抗压强度显著高于对照组(P<0.05).注射系数随着丝素蛋白质量比例增加而逐渐下降,当丝素蛋白质量比例为1.5%-3%时,注射系数显著低于对照组(P<0.05).扫描电镜发现,丝素蛋白呈网状,贯穿于磷酸钙水泥晶体间,并将磷酸钙水泥晶体紧密连接.结论:丝素蛋白能在不明显影响注射操作的情况下,显著提高丝素蛋白/磷酸钙骨水泥复合材料的抗压强度.     

可降解高分子网状球囊及磷酸钙骨水泥椎体填充后的力学变化

背景：寻找具备生物力学性能与生物活性,椎体外渗漏率低的新型椎体填充材料已经成为研究的焦点。目的：观察植入可降解高分子网状球囊并灌注磷酸钙骨水泥椎体的生物力学性能及骨水泥渗漏率。方法：将32个猪单椎体标本随机分为4组,其中2组分别经单侧椎弓根注入2.5-3.0 mL聚甲基丙烯酸树脂骨水泥、2.5-3.0 mL磷酸钙骨水泥;其中1组首先植入可降解高分子网状球囊,然后填充2.5-3.0 mL磷酸钙骨水泥;最后1组为正常椎体。观察各组椎体的骨水泥外漏情况,经SCHENCK RSA-250电子万能试验机测试各组椎体的刚度及强度。结果与结论：聚甲基丙烯酸树脂骨水泥组椎体强度及刚度明显高于正常椎体（P〈0.05）,磷酸钙骨水泥组椎体强度及刚度明显低于正常椎体（P〈0.05）,可降解高分子网状球囊联合骨水泥组椎体强度及刚度接近正常椎体（P〉0.05）,可降解高分子网状球囊联合骨水泥组骨水泥渗漏率较聚甲基丙烯酸树脂骨水泥组与磷酸钙骨水泥组降低（P〈0.05）。表明植入可降解高分子网状球囊联合磷酸钙骨水泥椎体的生物力学性能最接近正常椎体,骨水泥渗漏率校低。     

丝素蛋白对可注射磷酸钙骨水泥细胞相容性的影响

背景:已有的研究证实在磷酸钙骨水泥中添加适量的丝素蛋白能增加其抗压强度同时仍保持其可注射性,但制备的丝素蛋白,磷酸钙骨水泥复合材料是台仍具良好的生物相容性尚不确切.目的:将人骨髓间充质十细胞与丝素蛋白,磷酸钙骨水泥复合材料共培养,评价该材料的细胞相容性.设计、时间及地点:对比观察体外实验,于2007-09/2008-03在苏州大学附属第一医院骨科实验室完成.材料:磷酸钙骨水泥由上海瑞邦公司提供.丝素蛋白由苏州大学材料学院提供.方法:应用密度梯度离心法分离人骨髓间充质干细胞,条件培养基优化分离培养.浸提法制备丝素蛋白,磷酸钙骨水泥复合材料及磷酸钙骨水泥的浸提液.用MTT法测定丝素蛋白,磷酸钙骨水泥及磷酸钙骨水泥浸提液培养人骨髓间充质干细胞的活力,绘制生长曲线、计算第1,3,5,7人的相对增殖率并进行毒性分级;流式细胞仪检测丝素蛋向/磷酸钙骨水泥及磷酸钙骨水泥浸提液培养第4天的人骨髓间充质干细胞的细胞周期及倍体情况;扫描电镜观察丝素蛋白,磷酸钙骨水泥复合材料与人骨髓间充质干细胞共培养后第1,3,5,7天细胞的黏附及增殖情况.主要观察指标:①细胞毒性分级.②细胞周期.③细胞黏附、增殖情况.结果:丝素蛋白/磷酸钙骨水泥及磷酸钙骨水泥浸提液培养的人骨髓间充质干细胞具有良好的活力,其毒性分级均为0或1级;流式细胞仪检测见两组细胞均为二倍体细胞,未见异倍体细胞,两组G0/G1期、S期、G2/M期及细胞增殖指数差异无显著性意义(P0.05);扫描电镜见人骨髓间充质干细胞在丝素蛋白,磷酸钙骨水泥复合材料上能黏附、生长,并随时间的推移材料表面的细胞数呈增长趋势.结论:人骨髓间充质干细胞与丝素蛋白,磷酸钙骨水泥具有良好的体外细胞相容性.     

磷酸钙骨水泥/rhBMP-2修复犬股骨头坏死软骨下骨缺损实验研究

目的：研究应用组织工程技术修复股骨头骨缺损后力学性能的变化。方法：20只犬随机分为A、B两组，各组对侧作为C组。用活门法(Trapdoor)造骨缺损模型，通过活门在骨缺损区A组植入多孔磷酸钙骨水泥／rhBMP-2，B组植入多孔磷酸钙骨水泥，C组缺损区不做处理。回植活门区软骨瓣与骨关节面平齐。16周后进行组织标本观察、组织学检查、生物力学测试。结果：A组，关节面光滑，无活门区软骨瓣塌陷，活门区软骨瓣色泽与周围关节软骨相近，缺损区磷酸钙骨水泥几乎完全吸收由新生骨且织替代，力学强度明显高于B、C组；B组，6只(6／10)软骨瓣塌陷(1mm-3．6mm)，软骨瓣色苍白，质软易碎，力学强度低于A组，骨缺损区尚残存部分磷酸钙骨水泥；C组，几乎所有软骨瓣塌陷(1．6mm～5．5mm)，色灰白，软易碎，表面有细小的裂纹，力学强度最低，缺损区有纤维组织填充。结论：新型生物活性材料多孔磷酸钙骨水泥／rhBMP-2能明显加快股骨头软骨下骨缺损的修复并有效地恢复股骨头的力学性能。     

骨水泥椎体强化椎弓根钉置入对骨质疏松脊柱生物力学稳定性的影响

背景:伴有骨质疏松患者的脊柱内固定松动、脱落是脊柱外科一个复杂而棘手的问题.用聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥强化椎弓根螺钉可增加伴有骨质疏松患者的椎弓根螺钉防止椎弓根钉的松动及脱落.目的:评价聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥椎体强化后椎弓根钉固定对不稳定骨质疏松脊柱的生物力学稳定性影响.设计、时间及地点:体外生物力学实验,于2008-03在上海大学生物力学实验室完成生物力学实验.材料:12具新鲜老年女性尸体T10-L3椎体标本,制成T12、L1间的不稳定模型,采用椎弓根螺钉系统固定.方法:将标奉按照不同的处理方式分为4组.①对照组:为完整标本,只进行生物力学性能的测试.②一次固定组:对照组测试后随机选取6具不稳定模型,行T11～L2椎弓根钉固定.③二次固定组:一次固定组标本完成稳定性测试后,取出所有椎弓根螺钉,分别用注射器向T11～L2椎弓根钉道注入配制好的聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥骨水泥2.0 mL后再次拧入螺钉固定.④强化固定组:将余下的6具标本于T11～L2双侧椎弓根分别以直径3.5 mm的钻头导孔,沿孔道插入直径3.5 mm的穿刺导管,插入深度为40 mm,用加压注射器经导管缓慢向椎体内加压注射配制好的聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥3.5 mL后拧入螺钉固定.主要观察指标:进行轴向压缩、前屈,后伸、左,右侧弯、左,右旋转7项非损伤性加载,比较上述4组不同状态下脊柱的相对运动范围变化.结果:与一次固定组比较,二次固定组及强化固定组脊柱的相对运动范围增加(P<0.05),强化固定组与二次固定组组间比较,差异无统计学意义(P>0.05).结论:椎体成形强化椎弓根钉固定及钉道强化固定均可明显增强不稳定骨质疏松脊柱的稳定性.     

骨髓间充质干细胞与磷酸钙骨水泥复合物修复兔关节软骨缺损

背景:前期实验已成功将骨髓间充质干细胞接种于磷酸钙骨水泥支架,并证实其具有良好的机械强度和生物相容性。目的:观察新西兰大白兔骨髓间充质干细胞体外培养后与磷酸钙骨水泥复合修复关节软骨缺损的可行性。方法:选取18只新西兰兔用电钻制成股骨滑车部5 mm的骨-软骨缺损模型,随机选择15只兔于骨缺损处左侧植入单纯磷酸钙骨水泥材料作为对照组,于右侧植入骨髓间充质干细胞与磷酸钙骨水泥复合物作为实验组,另3只兔不植入任何材料作为空白组。分别于4,8,16周各时间点处死兔取材,进行X射线摄片、组织形态学观察及生物力学检测。结果与结论:术后4,8,16周各组骨缺损均有不同程度的骨再生,实验组新骨形成的速度和数量均优于其他组,组织学观察到实验组的成骨细胞及骨小梁出现均早于其他组。术后16周实验组骨标本抗弯曲能力的最大负荷、最大应力和破坏能量均明显高于对照组(P<0.05)。结果表明骨髓间充质干细胞复合磷酸钙骨水泥材料修复骨缺损可促进骨组织再生,恢复骨的刚度和强度,有望作为一种新型人工骨材料。     

复合同种异体颗粒骨修复兔桡骨缺损实验研究

目的观察复合磷酸钙骨水泥同种异体微小颗粒骨修复骨缺损的效果。方法建立兔双侧桡骨中段12mm骨缺损模型，40只兔随机分为A、B、C3组，A组植入复合磷酸钙骨水泥同种异体微小颗粒骨，B组植入同种异体微小颗粒骨，C组为空白对照组。术后4周和8周分别行X线摄片、组织学观察、骨缺损修复血管化观察和生物力学测定。结果A组的骨缺损修复效果、新生骨的组织学结构和生物力学测定均优于B组，C组无骨愈合迹象。结论同种异体微小颗粒骨能较好地修复骨缺损，但复合磷酸钙骨水泥同种异体微小颗粒骨修复骨缺损的效果更佳。