生物医学工程材料β磷酸三钙生物陶瓷的体外降解性能研究

目的：对磷酸钙生物陶瓷在体外环境下的降解作用的定量和定性分析，评价其降解性能和生物学安全性。方法：实验选用一种可控性微结构多孔生物陶瓷的不规则形颗粒，参照ISO10993-14的方法，将5g材料浸泡在极限溶液和模拟溶液中，经120h后分别过滤并称重，运用ICP法分析其滤液。结果：在极限溶液中材料浸泡后残留质量增加63．7mg，滤液中钙、磷、钠含量明显增加；而在模拟溶液中浸泡后材料残留质量减少7．6mg，滤液中钙、磷含量增加。结论：β-TCP多孔生物陶瓷在体外能被降解，其降解成分主要为钙和磷。为进一步探讨该材料的体内生物降解性奠定基础。     

多孔磷酸三钙生物陶瓷和珊瑚的生物相容性比较研究

目的研究多孔磷酸三钙生物陶瓷和珊瑚在体外及体内生物相容性,为组织工程支架材料的选择提供实验依据。方法将兔MSCs分别与多孔磷酸三钙生物陶瓷和珊瑚体外复合,并经地塞米松、β-甘油磷酸钠、L-抗坏血酸诱导分化,然后植入新西兰大白兔的皮下。体外实验中进行形态学观察、细胞增殖、碱性磷酸酶测定;体内实验通过大体、组织学观察植入物的成骨情况。结果体外实验中MSCs在两组材料上均能贴壁生长,珊瑚材料组见少量细胞坏死,各组细胞数量均有所增加,体外培养第12d多孔磷酸三钙生物陶瓷组多于珊瑚组,差异有统计学意义;各组ALP值均明显升高,珊瑚组各时间点ALP值均高于多孔磷酸三钙生物陶瓷组,但差异无统计学意义。体内实验显示,多孔磷酸三钙生物陶瓷各时间观察点均可见骨组织生长和单核或多核巨细胞,无炎症细胞,12周材料已全部降解;珊瑚组各时间点可见骨组织、单核或多核巨细胞及少量炎症细胞生长,12周材料大部降解。结论体外和体内的实验表明,多孔磷酸三钙生物陶瓷和珊瑚均有较好的生物相容性,但前者较后者的相容性更好。     

磷酸三钙多孔生物陶瓷复合自体骨髓间充质干细胞修复股骨头坏死模型的超微结构观察

背景:股骨头坏死病灶清除后的骨缺损难以修复,磷酸三钙多孔生物陶瓷与兔骨髓间充质干细胞的复合培养体内成骨的超微结构仍不明确.目的:通过观察磷酸三钙多孔生物陶瓷与兔骨髓间充质干细胞复合培养体内成骨的超微结构,了解其在股骨头缺损修复中的成骨效应,验证磷酸三钙多孔生物陶瓷作为组织工程载体材料的可行性.设计、时间及地点:随机对照开放性动物体内实验,于2008 02,08在中日友好医院骨坏死与骨循环实验室完成.材料:体外培养兔骨髓问充质干细胞,并与β-磷酸二钙多孔陶瓷材料复合共同培养2周.方法:新西兰大白兔30只,随机分为3组,制作股骨头坏死缺损模型后,空白对照不作填充,磷酸三钙组填充磷酸三钙多孔生物陶瓷,磷酸三钙+骨髓间充质工细胞组填充磷酸三钙多孔生物陶瓷和骨髓间充质干细胞的复合物.主要观察指标:通过环境扫描电镜观察骨髓间充质干细胞与材料的复合情况;回植体内6,12周后.取材,通过电镜观察磷酸二钙多孔生物陶瓷和骨髓间允质十细胞体内成骨的超微结构,了解材料降解及骨组织的替代过程.结果:磷酸三钙多孔生物陶瓷与骨髓间充质干细胞复合培养良好.空白对照组缺损区6,12周均见纤维组织结构,无骨小梁结构;磷酸三钙组6周材料和骨基质交界不清,材料开始降解,12周材料与周围组织边界模糊,材料部分降解,多孔框架结构不清:磷酸二钙+骨髓间允质干细胞组6周新生骨从宿上骨长出,12周可见成熟骨组织的连续平行纤维结构网络,材料降解,表面有较多的成骨细胞.后2组在股骨头缺损修复成骨方面优于空白对照组,磷酸三钙+骨髓间充质干细胞组成骨更佳.结论:磷酸三钙多孔生物陶瓷是良好的组织上程支架材料,易与骨髓问充质干细胞复合,可用于股骨头坏死骨缺损的修复.     

双相钙磷生物陶瓷 / 硫酸钙骨水泥多孔三维支架的生物性能简

背景：随着组织工程技术的发展,多孔生物陶瓷被越来越多的运用到骨缺损的修复中,当前的研究主要集中在这种生物陶瓷的合成及其各项性能的评价。 目的：研究一种新型骨水泥的制备方法并测定其理化性能及与成骨细胞的生物相容性。 方法：共沉淀法制备双相钙磷生物陶瓷粉体,利用胶体团聚成颗粒,烧结后得到颗粒状、多孔羟基磷灰石/磷酸三钙生物陶瓷,并按不同比例与高纯度医用半水硫酸钙混合制备钙磷陶瓷/硫酸钙骨水泥。 结果与结论：X 射线衍射证实合成物质为双相钙磷陶瓷,颗粒状双相钙磷陶瓷具有多孔网状结构,骨水泥在3 min内保持可塑状态,固化时间为15 min,固化温度为36.5℃,压缩强度最高为5.82 MPa,MTT毒性级为0级,成骨细胞在材料表面生长良好。     

冷冻干燥法制备的β-磷酸三钙多孔生物陶瓷支架

背景:影响冷冻干燥法制备生物陶瓷支架孔形貌和结构的因素有很多,如浆料的固含量,冷冻速率,烧结温度等。目的:利用冷冻干燥技术结合陶瓷水基浆料,通过改变陶瓷浆料组成,制备不同形貌和孔隙率的β-磷酸三钙多孔生物陶瓷支架,并分析其影响因素。方法:制备不同固含量和不同聚乙烯醇含量的β-磷酸三钙浆料,经冷冻、干燥及高温烧结得到多孔生物陶瓷支架。应用X射线衍射技术进行物相分析;扫描电镜观察支架截面的微观结构;阿基米德排水法测量支架材料的孔隙率。结果与结论:X射线衍射图谱显示制备的支架材料各衍射峰强度与位置与β-磷酸三钙标准衍射谱吻合良好;浆料未添加聚乙烯醇时,多孔支架的孔径和孔隙率随着浆料固含量的增加而减小,支架由大的柱状孔和多孔的陶瓷壁组成;当浆料加入聚乙烯醇后,制备的支架由柱状孔转变为三维连通的网状孔,且随聚乙烯醇含量的增加材料的孔隙率升高。说明利用冷冻干燥法,通过控制陶瓷浆料的组成,可制备出形貌和孔隙率可控的生物陶瓷支架。     

骨用镁合金表面Ti-Cu涂层的腐蚀行为

背景：镁合金作为骨折内固定材料具有力学性能与骨相近、生物相容性好和可降解等突出优点,但其在体液中降解速度过快,成为其临床应用的瓶颈,因此综合利用表面处理提高其耐蚀性能具有重要意义。
　　目的：综合运用磁控溅射技术和碱热处理技术在镁合金表面制备兼具耐蚀性能和生物活性的涂层。
　　方法：首先采用熔炼技术制备Mg-Zn-Mn合金,利用磁控溅射技术在材料表面制备致密涂层,然后利用碱性溶液对表面涂层进行处理,利用模拟体液浸泡实验研究涂层的腐蚀行为,通过表面产物中钙和磷的含量推测涂层的生物活性。
　　结果与结论：经磁控溅射和碱热处理技术在镁合金表面制备兼具耐蚀性能和生物活性的涂层;经模拟体液浸泡24和168 h后涂层表面沉积含Ca,P产物,Ca/P比分别为1.54和2.11,接近类骨磷酸盐Ca/P比,涂层表面的浸泡24 h形成5-10μm点腐蚀,随着浸泡时间增加点腐蚀逐渐长大,浸泡168 h后点腐蚀增加为100-800μm。     

β-磷酸三钙/α-半水硫酸钙复合人工骨体外降解速度可与成骨一致

背景:骨修复材料的理想降解速度应该与新骨形成速度相匹配,逐渐被新生骨逐渐爬行替代.目的:探讨β-磷酸三钙/α-半水硫酸钙复合人工骨的体外降解速度.方法:将β-磷酸三钙/α-半水硫酸钙复合人工骨、β-磷酸三钙、α-半水硫酸钙试件置于PBS模拟体液中,测量不同浸泡时间的pH变化、试件降解率和压缩强度变化.结果与结论:在模拟体液中复合人工骨和α-半水硫酸钙的pH值随时间延长逐渐降低,而β-磷酸三钙的pH值变化不大,4周后复合人工骨的pH值稳定在5.6左右.PBS模拟体液浸泡过程中,复合人工骨与α-半水硫酸钙的质量和压缩强度均随时间延长而不断降低,而β-磷酸三钙的质量随时间的变化降低较小.说明β-磷酸三钙/α-半水硫酸钙复合人工骨通过物理溶解而逐渐降解,其体外降解率介于β-磷酸三钙和α-半水硫酸钙之间.     

钙磷多孔陶瓷表面明胶处理及体外细胞相容性

背景:烧结的钙磷多孔陶瓷由于其表面结构致密,在诱导细胞黏附和生长方面仍存在不足.目的:观察表面明胶处理对钙磷多孔陶瓷细胞相容性的影响.方法:以羟基磷灰石和磷酸钙为主要原料,采用有机泡沫浸渍工艺制备钙磷多孔陶瓷,然后将多孔陶瓷浸于5％的明胶溶液中进行表面处理.扫描电镜观察处理前后样品的孔隙形貌和表面结构,阿基米德法测试样品的孔隙率,WD-10A型电子万能材料试验机测定压缩强度;将材料与兔骨髓基质干细胞进行体外复合培养,通过MTT实验和扫描电镜观察细胞在材料上的生长情况.结果与结论:表面明胶处理后,多孔陶瓷的孔壁表面形成了较均匀的明胶涂层,样品的孔隙特征并没有受到显著影响.然而它们的平均压缩强度却从(1.04+0.15)MPa提高到了(5.17+0.17)MPa.扫描电镜观察和MTT实验结果表明,表面涂覆处理前后的多孔材料都具有良好的细胞相容性.与烧结的多孔陶瓷相比,表面明胶处理的样品更能增进细胞在材料表面的早期黏附和增殖.结果表明表面明胶处理在不破坏多孔陶瓷孔隙特征的情况下,不仅提高了钙磷多孔陶瓷的力学性能,而且改善了多孔陶瓷的细胞相容性.     

动静态浸泡体系对聚乙交酯丙交酯体外降解产物的影响

目的:了解动静态浸泡体系对聚乙交酯丙交酯体外降解产物乳酸和乙醇酸生成的影响。方法:实验于2002-09/12在上海第二医科大学附属第九人民医院口腔材料科,上海市生物材料研究测试中心实验室进行。取2cm×2cm大小的聚乙交酯丙交酯材料片,浸泡介质为磷酸盐缓冲液(pH=7.4),分别在37℃恒温静态和动态(往返振荡速率为160次/min)条件下浸泡。于0周(浸泡前)以及浸泡后2,3,4,6,8和10周通过气相色谱法测定材料的水溶性降解产物乳酸及乙醇酸的质量,每时间点5片。在整个浸泡过程中,浸泡体系的浸泡介质不进行更换。推算标准品乙醇酸的衍生化标准曲线为:yG=a1x+b1;标准品乳酸的衍生化标准曲线为:yL=a2x+b2。由气相色谱图可计算出乙醇酸与苯甲酸的峰面积比值x1,再带入上述公式计算出乙醇酸和乳酸生成量。结果:动静态浸泡体系中聚乙交酯丙交酯降解产物乳酸和乙醇酸的质量生成情况:经过第0周(浸泡前),2,3,4,6,8和10周浸泡后,浸泡液中降解产物乳酸和乙醇酸的质量是增加的。在动态系统中生成的降解产物乳酸和乙醇酸均显著高于静态体系中生成的质量[(4.21±1.49),(3.76±1.52)mg,t=3.798,P<0.01;(23.30±6.73),(20.00±5.86)mg,t=3.865,P<0.01]。结论:动态体系可以促进降解产物乳酸和乙醇酸的质量生成,使材料降解速度加快。     

应用多孔磷酸三钙植骨治疗胫骨平台骨折的组织学特性

目的:观察胫骨平台粉碎性骨折内固定治疗中采用磷酸三钙多孔生物陶瓷植骨后的组织学变化.方法:自2004-01/2007-01于上海交通人学瑞金医院集团闵行医院骨科收治胫骨平台粉碎性骨折患者34例,其中男19例,女15例;年龄24～65岁;骨折类型按Schatzker分型:Ⅱ型7例,Ⅲ型12例,Ⅳ型6例,Ⅴ型6例,Ⅵ型3例.进行切开撬拨复位、磷酸三钙多孔生物陶瓷植骨、接骨板内固定治疗.结果:34例患者随访12～28个月,平台塌陷部分均解剖复位,其下所植磷酸三钙多孔生物陶瓷材料3～6个月后逐渐与自体相邻骨密度接近,显示逐渐被自体骨替代,无冉塌陷发生,无排异渗出、感染等发生.取内固定的同时,植骨区骨组织组织学观察可见材料部分溶解,成骨细胞分泌大量骨基质包埋其中,形成骨陷窝,出现大量新生骨小梁,骨小梁之间形成骨髓腔.结论:磷酸三钙多孔生物陶瓷具有良好的生物相容性和骨传导作用,影像学观察、组织学观察均显示其生物降解效应与骨组织的改建塑性基本同步.