β-磷酸三钙/聚磷酸钙纤维/聚左旋乳酸复合材料的物理及其降解性能

目的:研制一种可任意调控降解速率且具有良好力学性能、生物相容性能的高孔隙率海绵状软骨组织工程支架复合材料。方法:实验于2002-05/12在兰州交通大学工程材料研究所完成。以自制聚磷酸钙纤维、β-磷酸三钙为增强材料,聚左旋乳酸为基体材料,采用溶媒浇铸/粒子滤取技术与气体发泡相结合的方法制备了β-磷酸三钙/聚磷酸钙纤维/聚左旋乳酸软骨组织工程支架复合材料,测试了该复合材料的物理力学性能和降解性能。结果:①支架复合材料物理力学性能:随着β-磷酸三钙重量分数的增加,支架材料的密度也随之增加。②微观结构观察:β-磷酸三钙在横截面及纵截面上分布较为均匀,且支架材料为三维、连通、网状结构。③降解性能:随着β-磷酸三钙含量的增加,支架复合材料的降解率逐渐减小;随着聚磷酸钙纤维含量的增加,支架复合材料的降解率逐渐增大;该组支架材料在0～3周时压缩模量迅速衰减,3周后压缩模量衰减变缓;随着β-磷酸三钙含量的增加,降解液的pH值稍稍增加,呈微碱性环境。结论:β-磷酸三钙/聚磷酸钙纤维/聚左旋乳酸支架复合材料的力学性能和生物降解特性基本满足软骨组织工程的要求,特别是β-磷酸三钙的加入使降解液pH值保持在6～7之间,避免了由于降解液呈酸性而引起的无菌性炎症反应。故可用作软骨组织工程支架材料。     

新型骨组织工程支架材料β-磷酸三钙/聚磷酸钙纤维/聚左旋乳酸的细胞生物相容性

目的:在体外细胞培养条件下,从细胞形态和细胞增殖方面观察新型骨组织工程支架材料β-磷酸三钙/聚磷酸钙纤维/聚左旋乳酸的细胞生物相容性。方法:实验于2002-01/2004-01在西安交通大学医学院实验中心及西安交通大学地方病研究所实验室进行。①材料:β-磷酸三钙为兰州交通大学复合材料研究室制备;磷酸纤维平均直径(15.0±1.2)μm,平均体外生物降解率(3.0±0.46)%,拉伸强度(1.0±0.2)GPa,弹性模量(48.0±7.6)GPa;聚左旋乳酸平均分子质量为27.6×104。支架复合物质量比为β-磷酸三钙∶聚磷酸钙纤维∶聚左旋乳酸=2∶3∶5。②实验方法:按复合材料1g∶浸提介质10mL的比例,用含体积分数为0.1的胎牛血清的DMEM37℃条件下浸提24～72h,制备复合支架材料的浸提液,过滤24h内进行试验。将骨髓基质细胞分为3组,分别用支架材料浸提液(实验组)、DMEM培养液(阴性对照组)和6.4g/L苯酚溶液(阳性对照组)培养,同时实验组将浸提液按100%,75%,50%,25%的浓度稀释分别培养。③观察指标:每日使用倒置相差显微镜观察骨髓基质细胞形态变化;用MTT法检测细胞生长及增殖情况,测定A值,计算细胞增殖率。结果:①细胞形态变化:在细胞培养1,2,3d,阳性对照组细胞数量明显减少,细胞固缩甚至崩解,实验组与阴性对照组细胞数量明显增加,细胞形态正常。②细胞生长及增殖情况:在培养各时间点除阳性对照组毒性为4级(细胞增殖率为0～20%)外,其余均为0级(细胞增殖率>80%);除阳性对照组外,各实验组及阴性对照组A值均随培养天数的增加而升高,培养1,2,3天时阳性对照组的A值明显低于其他组(P<0.01),阴性对照组与实验组间无显著差异(P>0.05)。结论:β-磷酸三钙/聚磷酸钙纤维/聚左旋乳酸复合材料对骨髓基质细胞的增殖分化无明显影响,无细胞毒性,有良好细胞生物相容性。     

聚磷酸钙/左旋聚乳酸软骨组织工程支架复合材料的分析

背景用左旋聚乳酸(PLLA),聚羟基乙酸(PGA)等可降解吸收性高分子材料加工而成的纤维状支架材料和海绵状支架材料在软骨组织工程中已获得广泛应用.但这类支架材料存在着弹性模量低,受力时易变形,容易导致种子细胞损伤和降解吸收时间过长等缺陷.目的研制出可任意调控降解速率且具有良好力学性能、生物相溶性能和毒理学性能的聚磷酸钙(Calcium Polyphosphate,CPP)纤维,并用该纤维为增强材料研制软骨组织工程复合材料.设计以不同质量比例分组对照的实验研究.地点和对象实验在兰州交通大学材料工程研究所完成,基体材料选用PLLA(中科院化学所高分子合成室提供),增强材料选用自制CPP纤维.干预以高强度、高模量可设计降解速率的CPP纤维为增强材料,PLLA为基体材料,应用溶媒投放、颗粒滤取技术制备出CPP/PLLA软骨组织工程支架复合材料,测试了该支架复合材料的物理力学性能和体外37℃下Hank's人工降解液中的生物降解特性.主要观察指标物理力学性能,降解性能.结果CPP/PLLA支架复合材料具有三维连通、微孔、网状微观结构,微孔分布均匀,微孔尺寸为130～350μm,孔隙率90%;压缩模量随CPP纤维体积分数的增加而增加;降解速率随CPP纤维体积分数的增大而增大.结论CPP/PLLA支架复合材料的物理力学性能和体外降解性能在体外构建的组织化软骨的早期生物学性能基本满足软骨组织工程的要求,故可用作软骨组织工程支架材料.     

聚左旋乳酸／磷酸三钙支架修复兔桡骨缺损成骨效果及降解速度的观察

背景：组织工程支架是骨组织工程研究的重要部分，但目前还未开发出理想的骨组织工程支架。目的：检验快速成型工艺制作的聚左旋乳酸／磷酸三钙[Poly(L-lactic acid）／Tricalcium phosphate，PLLA／TCP]支架修复兔桡骨缺损的效果，寻找一种新型的生长因子载体。设计：随机对照实验研究。单位：一所军医大学骨科研究所。材料：实验于2001—05／2002—02在第四军医大学全军骨科研究所完成。对象为清洁级新西兰兔20只，雌雄不限，体质量(2．5&;#177;0．5)由第四军医大学实验动物中心提供。随机分为实验组10只，对照组10只。干预：实验组和对照组分别采用复合牛骨形态发生蛋白(Bone morphogenetic protein，BMP)及单纯快速成型工艺制作的聚左旋乳酸／磷酸三钙(PLLA／TCP)芰架修复兔桡骨15mm缺损。主要观察指标：主要结局：①两组植骨材料光镜观察结果．②降解率。次要结局：①大体观察。②影像学结果。③骨密度值。结果：12周时实验组骨缺损愈合良好，X射线显示骨痂连续，有不同程度的部分塑形，支架降解率为39．6％，缺损部位骨密度值达到正常值的70％。各检测指标均优于对照组，对照组骨缺损未愈合。结论：复合BMP的PLLA／TCP支架具有良好的成骨效果，可以很好的修复兔15mm长骨骨缺损。     

β-磷酸三钙/聚磷酸钙纤维/聚左旋乳酸支架复合骨髓基质细胞修复节段性骨缺损

背景:组织工程β-磷酸三钙/聚磷酸钙纤维/聚左旋乳酸支架材料具有良好的生物相容性.目的:评估骨髓基质细胞与β-磷酸三钙/聚磷酸钙纤维/聚左旋乳酸复合体修复兔桡骨大段骨缺损成骨的效果.方法:取新西兰大白兔40只,建立桡骨双侧大段骨缺损模型,其中35只右侧植入自体骨髓基质细胞与β-磷酸三钙/聚磷酸钙纤维/聚左旋乳酸复合物作为实验组,左侧植入β-磷酸三钙/聚磷酸钙纤维/聚左旋乳酸支架材料作为对照组;另5只作为空白对照不作任何处理.植入后4,8,12,16周拍摄X射线片观察骨缺损修复情况.结果与结论:实验组术后2周可见缺损处有散在的、少量模糊状骨痂生成,术后4周可见明显骨生成影像,成云雾状,均匀分布在骨缺损区,术后8周整个缺损区均可见骨痂生成,成骨现象更加明显,部分髓腔已通,术后12~16周,缺损区已完全被新生骨组织充填,骨髓腔已完全再通,修复区较正常桡骨细,骨缺损修复效果明显优于对照组与空白对照组(P < 0.01).说明自体骨髓基质细胞与β-磷酸三钙/聚磷酸钙纤维/聚左旋乳酸复合移植可较完全修复大节段骨缺损.     

β-磷酸三钙/聚磷酸钙纤维/聚左旋乳酸支架复合骨髓基质细胞修复节段性骨缺损

背景：组织工程β-磷酸三钙/聚磷酸钙纤维/聚左旋乳酸支架材料具有良好的生物相容性。目的：评估骨髓基质细胞与β-磷酸三钙/聚磷酸钙纤维/聚左旋乳酸复合体修复兔桡骨大段骨缺损成骨的效果。方法：取新西兰大白兔40只,建立桡骨双侧大段骨缺损模型,其中35只右侧植入自体骨髓基质细胞与β-磷酸三钙/聚磷酸钙纤维/聚左旋乳酸复合物作为实验组,左侧植入β-磷酸三钙/聚磷酸钙纤维/聚左旋乳酸支架材料作为对照组;另5只作为空白对照不作任何处理。植入后4,8,12,16周拍摄X射线片观察骨缺损修复情况。结果与结论：实验组术后2周可见缺损处有散在的、少量模糊状骨痂生成,术后4周可见明显骨生成影像,成云雾状,均匀分布在骨缺损区,术后8周整个缺损区均可见骨痂生成,成骨现象更加明显,部分髓腔已通,术后12～16周,缺损区已完全被新生骨组织充填,骨髓腔已完全再通,修复区较正常桡骨细,骨缺损修复效果明显优于对照组与空白对照组（P〈0.01）。说明自体骨髓基质细胞与β-磷酸三钙/聚磷酸钙纤维/聚左旋乳酸复合移植可较完全修复大节段骨缺损。     

聚左旋乳酸/磷酸三钙支架修复兔桡骨缺损成骨效果及降解速度的观察

背景组织工程支架是骨组织工程研究的重要部分,但目前还未开发出理想的骨组织工程支架.目的检验快速成型工艺制作的聚左旋乳酸/磷酸三钙[Poly(L-lactic acid)/Tricalcium phosphate,PLLA/TCP]支架修复兔桡骨缺损的效果,寻找一种新型的生长因子载体. 设计随机对照实验研究.单位一所军医大学骨科研究所.材料实验于2001-05/2002-02在第四军医大学全军骨科研究所完成.对象为清洁级新西兰兔20只,雌雄不限,体质量(2 5±0.5)由第四军医大学实验动物中心提供.随机分为实验组10只,对照组10只.干预实验组和对照组分别采用复合牛骨形态发生蛋白(Bone morphogenetic protein,BMP)及单纯快速成型工艺制作的聚左旋乳酸/磷酸三钙(PLLA/TCP)支架修复兔桡骨15 mm缺损.主要观察指标主要结局①两组植骨材料光镜观察结果.②降解率.次要结局①大体观察.②影像学结果.③骨密度值.结果12周时实验组骨缺损愈合良好,X射线显示骨痂连续,有不同程度的部分塑形,支架降解率为39.6%,缺损部位骨密度值达到正常值的70%.各检测指标均优于对照组,对照组骨缺损未愈合.结论复合BMP的PLLA/TCP支架具有良好的成骨效果,可以很好的修复兔15 mm长骨骨缺损.     

β-磷酸三钙/聚-L-乳酸复合材料的骨内降解

背景：调控聚乳酸类可吸收材料的降解速率,使材料降解与新生骨爬行替代速度更同步,加入羟基磷灰石或β-磷酸三钙等无机粒子是目前的主流选择。目的：对比观察β-磷酸三钙/聚-L-乳酸复合材料和聚-L-乳酸在松质骨内的降解速度及诱导成骨能力。方法：将β-磷酸三钙/聚-L-乳酸复合材料及聚-L-乳酸材料分别植入12只新西兰大白兔双侧股骨内髁及外髁后,于术后6,12,24周3个时间点取材,测定其各个时间点的生物吸收率,扫描电镜和光学显微镜观察其在松质骨内的形态学变化,周围新骨爬行替代及异物反应情况。结果与结论：各个时间点β-磷酸三钙/聚-L-乳酸与周围骨质贴合比聚-L-乳酸材料更紧密,未见明显异物反应。6周时β-磷酸三钙/聚-L-乳酸材料生物吸收率小于聚-L-乳酸材料,12周后生物吸收率增速加快,同时材料表面出现均匀分布的微孔及裂隙;术后24周内两种材料均未见新生骨爬行替代。结果表明β-磷酸三钙/聚-L-乳酸复合材料早期降解较聚-L-乳酸材料慢,有利于移植物植入早期的坚强固定;6周后降解加快,24周内未见诱导成骨现象。     

β-磷酸三钙/聚-L-乳酸复合材料的骨内降解

背景:调控聚乳酸类可吸收材料的降解速率,使材料降解与新生骨爬行替代速度更同步,加入羟基磷灰石或β-磷酸三钙等无机粒子是目前的主流选择.目的:对比观察β-磷酸三钙/聚-L-乳酸复合材料和聚-L-乳酸在松质骨内的降解速度及诱导成骨能力.方法:将β-磷酸三钙/聚-L-乳酸复合材料及聚-L-乳酸材料分别植入12只新西兰大白兔双侧股骨内髁及外髁后,于术后6,12,24周3个时间点取材,测定其各个时间点的生物吸收率,扫描电镜和光学显微镜观察其在松质骨内的形态学变化,周围新骨爬行替代及异物反应情况.结果与结论:各个时间点β-磷酸三钙/聚-L-乳酸与周围骨质贴合比聚-L-乳酸材料更紧密,未见明显异物反应.6周时β-磷酸三钙/聚-L-乳酸材料生物吸收率小于聚-L-乳酸材料,12周后生物吸收率增速加快,同时材料表面出现均匀分布的微孔及裂隙;术后24周内两种材料均未见新生骨爬行替代.结果表明β-磷酸三钙/聚-L-乳酸复合材料早期降解较聚-L-乳酸材料慢,有利于移植物植入早期的坚强固定;6周后降解加快,24周内未见诱导成骨现象.     

优化磷酸三钙/聚磷酸钙纤维/聚乳酸软骨组织工程支架材料的配比

背景:前期实验显示,聚乳酸存在刚度差,降解缓慢,降解后期降解液明显偏于酸性,易在细胞培养时引起无菌性炎症反应等缺点.目的:在前期工作的基础上,优化聚乳酸支架材料实验方案和配比.方法:自制聚磷酸钙纤维和β-磷酸三钙为添加材料,聚左旋乳酸为基体材料,采用溶媒浇铸/粒子滤取技术与气体发泡相结合制备配比20/30/50 磷酸三钙/聚磷酸钙纤维/聚乳酸软骨组织工程支架复合材料.结果与结论:①磷酸三钙/聚磷酸钙纤维/聚乳酸支架材料具有三维、连通、微孔网状结构,孔隙率在70%~95%.②孔隙率相近时,该支架材料的压缩模量比纯聚乳酸支架的压缩模量有了明显提高.③支架材料的降解率可通过加入聚磷酸钙纤维和支架的孔隙率加以调控.④β-磷酸三钙的加入使降解液pH 值保持在6.0~7.0 之间,避免了酸性降解产物引起的无菌性炎症反应.说明磷酸三钙/聚磷酸钙纤维/聚乳酸支架材料的物理力学性能和降解性能基本满足软骨组织工程的要求.     

聚磷酸钙纤维增强α-磷酸三钙/纳米羟基磷灰石骨水泥复合材料的力学性能

背景:利用纤维增强磷酸钙骨水泥的机制很早就被人们认识和利用.由于非吸收性纤维存在生物相容性低及应力遮挡等问题,近期的研究热点主要是可降解吸收的生物活性纤维对磷酸钙骨水泥性能的影响.目的:制备聚磷酸钙/(α-磷酸三钙,纳米羟基磷灰石)骨水泥复合材料,观察聚磷酸钙对磷酸钙骨水泥力学性能的增强效果.方法:利用固相反应法和湿法反应法分别制得α-磷酸三钙和纳米羟基磷灰石粉末,再将2种粉末按不同比例混合进行高温处理,然后将其与不同质量比、不同长度的聚磷酸钙纤维复合制成骨水泥试样.对试样进行凝固时间、力学性能测试,利用扫描电镜观察试样微观结构.结果与结论:聚磷酸钙长度为3 mm、含量为10%时,抗压强度为66.43 MPa,抗弯强度为13.86 MPa.扫描电镜显示聚磷酸钙在磷酸钙骨水泥基体中分布均匀,结合性能好.在Ringer's溶液中浸泡3个月,纤维仍具有一定的增强效果.提示聚磷酸钙纤维对α-磷酸三钙,纳米羟基磷灰石骨水泥有一定的增强作用,聚磷酸钙/(α-磷酸三钙/纳米羟基磷灰石)骨水泥复合材料具有良好的力学性能.     

聚磷酸钙纤维增强增韧磷酸钙骨水泥的力学效应

目的:制备α-磷酸三钙/聚磷酸钙纤维复合材料,探讨聚磷酸钙纤维增强磷酸钙骨水泥的可行性.方法:首先利用沉淀法合成出α-磷酸三钙粉末,然后将其与不同质量比、不同长度聚磷酸钙纤维混合,最后用固化液调和制得骨水泥.对样品进行凝固时间、力学性能测试,利用扫描电镜观察固化体微观结构.结果:当聚磷酸钙纤维的含量为10%、长度为2 mm时,复合材料抗压强度达到62.5 MPa,抗折强度达到12.4 MPa.扫描电镜显示适量的聚磷酸钙纤维在骨水泥基体中分布均匀,与基体结合性好.在Ringer溶液中浸泡2个月后,纤维未发生明显的降解作用,仍具有一定的增强增韧效果.结论:聚磷酸钙纤维在一定程度上可对骨水泥起到增强作用.α-磷酸三钙/聚磷酸钙纤维复合材料具有良好的力学特性.     

聚L乳酸/β-磷酸三钙可吸收材料体内降解过程中的生物力学特性

背景:临床应用的金属内固定材料初始弯曲强度及弹性模量约为皮质骨的4倍及20倍,其力学性能不能随骨愈合过程动态变化,出现医学上的"应力遮挡效应",影响骨愈合且需要二次手术取出。目的:观察β-磷酸三钙与聚L乳酸复合可吸收内固定材料在动物体内降解后的生物力学特性。方法:在30只新西兰大白兔腰背部左侧皮下植入聚L乳酸可吸收棒状材料为对照组,右侧植入聚L乳酸/β-磷酸三钙可吸收棒状材料作为实验组。于术前及术后4,8,12,16,24周观察两组材料的弯曲强度、剪切强度及扭转强度。结果与结论:降解过程中两组材料的弯曲强度、剪切强度及扭转强度随时间的延长呈逐步下降趋势;术后12,16,24周实验组材料弯曲强度均高于对照组材料(P<0.05)。术后4,8,12,16,24周实验组材料剪切强度均高于对照组材料(P<0.05)。术后各时间点实验组材料扭转强度均稍高于对照组材料,但差异无显著性意义(P>0.05)。说明聚L乳酸/β-磷酸三钙可吸收材料的体内降解速度较纯聚L乳酸慢,其力学强度能维持较长时间,可满足松质骨骨折的固定及骨组织愈合的要求。     

聚L乳酸/β-磷酸三钙可吸收材料体内降解过程中的生物力学特性

背景：临床应用的金属内固定材料初始弯曲强度及弹性模量约为皮质骨的4倍及20倍,其力学性能不能随骨愈合过程动态变化,出现医学上的＂应力遮挡效应＂,影响骨愈合且需要二次手术取出。目的：观察β-磷酸三钙与聚L乳酸复合可吸收内固定材料在动物体内降解后的生物力学特性。方法：在30只新西兰大白兔腰背部左侧皮下植入聚L乳酸可吸收棒状材料为对照组,右侧植入聚L乳酸/β-磷酸三钙可吸收棒状材料作为实验组。于术前及术后4,8,12,16,24周观察两组材料的弯曲强度、剪切强度及扭转强度。结果与结论：降解过程中两组材料的弯曲强度、剪切强度及扭转强度随时间的延长呈逐步下降趋势;术后12,16,24周实验组材料弯曲强度均高于对照组材料（P〈0.05）。术后4,8,12,16,24周实验组材料剪切强度均高于对照组材料（P〈0.05）。术后各时间点实验组材料扭转强度均稍高于对照组材料,但差异无显著性意义（P〉0.05）。说明聚L乳酸/β-磷酸三钙可吸收材料的体内降解速度较纯聚L乳酸慢,其力学强度能维持较长时间,可满足松质骨骨折的固定及骨组织愈合的要求。