梯度复合HA/ZrO2多孔支架材料在松质骨缺损应用的实验研究

目的 评估新型梯度复合HA/ZrO₂(羟基磷灰石/二氧化锆)多孔支架材料在修复比格犬椎体骨缺损的效果。方法(1)采用泡沫海绵体浸渍成型法、联合梯度复合及高温烧结法制备新型梯度复合HA/ZrO₂多孔支架材料;(2)将18只普通级比格犬(体重10~13 kg、5~8月龄、雌雄不拘)随机分成2组(A组12只、B组6只),通过手术复制椎体骨缺损模型,A组予以植入梯度复合HA/ZrO₂多孔支架材料、B组植入自体髂骨;(3)术后进行影像学检查、形态学观察及生物力学测试,并比较新型梯度复合HA/ZrO₂多孔支架材料与自体髂骨对修复比格犬椎体缺损的效果。结果(1)新型HA/ZrO₂多孔支架材料孔隙率为25 ppi(每英寸25个孔)、孔隙均匀,孔径为100~300μm。(2)术后6周、12周、24周X线影像学观察显示:A组,随着术后时间延长,新型梯度复合HA/ZrO₂多孔支架材料植入术后骨痂生成逐渐增多、植入材料与宿主骨之间的界线逐渐模糊,至术后24周,人工材料与自体新生骨融为一体;B组,在术后6周显示移植骨的吸收与塑形,至术后24周移植骨与自体骨完全融合,无明显界限。(3)组织形态学显示:支架材料孔隙内骨量随着术后时间延长逐步增加,部分材料降解、被新生骨替代。(4)生物力学测试:术后24周极限抗压试验,两组比较无明显统计学差异(P>0.05)。结论 新型梯度复合HA/ZrO₂多孔支架材料可诱导骨组织长入孔隙内部、促进松质骨缺损愈合,有望在未来的研究中,广泛应用于松质骨缺损的治疗。     

新型梯度复合HA/ZrO2组织工程骨支架在猕猴颈椎融合中的应用

目的 构建新型梯度复合羟基磷灰石-二氧化锆(HA/ZrO₂)组织工程骨支架,并评估其在猕猴颈椎椎间融合中的效果。方法 通过离子交联法制备壳聚糖水凝胶作为骨形态发生蛋白2(BMP-2)的缓释载体,扫描电镜下观察其微观形态,检测其载药量、包封率及缓释速率;然后分离、培养猕猴源性骨髓间充质干细胞(BMSCs),并进行碱性磷酸酶、冯库萨染色等对其进行鉴定;最后将前期制备好的BMP-2明胶/壳聚糖凝水胶缓释系统和第3代猕猴BMSCs加载于HA/ZrO₂泡沫陶瓷,以构建新型组织工程骨,并观察其形态特征。将24只雄性猕猴按照随机数字表法分成4组,其中组织工程骨组(n=8)为植入梯度复合HA/ZrO₂泡沫陶瓷负载BMP-2明胶/壳聚糖水凝胶缓释系统和第3代猕猴BMSCs,泡沫陶瓷组(n=8)为植入梯度复合HA/ZrO₂泡沫陶瓷,自体髂骨组(n=4)为植入自体髂骨,假手术组(n=4)为只对相应部位的软组织进行切开、缝合,未破坏其椎间盘;观察术后颈椎X线(术后即刻、8周、16周)、组织形态学表现(术后8周、16周)及测试相应节段的生物力学(术后16周)。结果 扫描电镜下BMP-2明胶/壳聚糖水凝胶呈3D 网状结构,内见均匀分布的壳聚糖微球,其负载BMP-2后的包封率和载药率随时间逐渐降低:第1天分别为87.4%±0.9%和58.2%±0.5%、第15天分别为45.2%±0.6%和30.1%±0.4%,累积释放率第1天为12.6%±0.11%、第15天为55%±0.16%。显微镜下观察见BMSCs的形态呈多样性,以梭形及短棒形等较常见;第3代猕猴BMSCs成骨诱导后的碱性磷酸酶、冯库萨染色以及表面特异性抗原的检测结果显示,符合BMSCs的生物学特性。不同时点的X线及组织形态学观察显示材料内部新生骨量组织工程骨组较泡沫陶瓷组明显增多;生物力学测试结果显示,在最大载荷、抗压强度和能量吸收方面假手术组均低于其他3组(P值均＜0.05),在抗压强度上组织工程骨组与自体髂骨组差异无统计学意义(P＞0.05)。结论BMP-2明胶/壳聚糖水凝胶缓释系统复合猕猴第3代BMSCs种植于HA/ZrO₂泡沫陶瓷构建的新型组织工程骨支架,能有效促进猕猴颈椎椎间融合,在影像学及组织学表现和生物力学测试方面,可达到与自体骨相似的骨代替作用。