聚磷酸钙纤维/磷酸钙骨水泥复合材料修复骨缺损的实验研究

目的：探讨聚磷酸钙纤维（calcium polyphosphate fiber，CPPF）和磷酸钙骨水泥（calcium phosphate cement．CPC）复合材料修复骨缺损的能力及作为人工骨修复替代材料的可行性。方法：选用新西兰大白兔双侧桡骨制作骨缺损模型，将CPPF／CPC复合材料植入左侧骨缺损处，右侧骨缺损以自体微小颗粒骨植入作为实验对照，另做不植入任何物质的骨缺损作空白对照。在2、4、8、12周时分别进行大体观察、X线摄片、组织学切片观察，8、12周时进行扫描电镜观察及骨密度测定，12周时进行力学测试。结果：CPPF／CPC人工骨组与微小颗粒骨组骨缺损均完全修复，空白对照组骨缺损未见修复，CPPF／CPC与微小颗粒骨两组间X线评分、骨密度及力学测试指标比较，差异均无统计学意义（P〉0．05）。结论：CPPF／CPC复合材料具有良好的骨传导能力、力学特性及生物相容性，有望成为骨组织工程中修复骨缺损的理想材料。     

颗粒骨的制备及修复骨缺损的研究

目的 观察聚磷酸钙纤维(CPPF)磷酸钙骨水泥(CPC)、微小颗粒骨复合物体外降解特性及体内修复骨缺损的能力.方法 将CPPF、CPC、微小颗粒骨按质量比1∶4∶4制成复合人工骨,通过PH值、重量、抗压强度的变化,观察人工骨在pH7.4的37℃磷酸盐缓冲液(PBS)中的降解性能.通过大体、X光片、组织学观察及力学测试来检测复合人工骨的体内修复骨缺损的能力.结果 体外实验证实:CPPF/CPC/颗粒骨复合材料孔隙率为72.1%,CPC/颗粒骨孔隙率为58.2%;扫描电镜显示CPPF/CPC/颗粒骨复合材料的孔径为100～400 μm,CPC/颗粒骨为50～300 μm;两组样品溶液pH值在12周内基本维持恒定;CPPF/CPC/颗粒骨复合材料0～4周重量变化较小,4～8周下降较快,12周为初始重量50%,CPC/颗粒骨复合材料在0～6周变化较小,6周后重量下降较快,12周时为初始重量70%;CPPF/CPC/颗粒骨复合材料初始抗压强度9.28 MPa,CPC/颗粒骨复合材料初始抗压强度6.21 Mpa,两者有统计学意义.CPPF/CPC/颗粒骨强度在0～4周下降较慢,4周后下降较快,12周时为0.1,8 MPa,CPC/颗粒骨强度均匀下降,12周时为0.24 MPa.体内实验:CPPF/CPC/颗粒骨复合材料修复骨缺损效果优于其他各组,且差异有统计学意义(P＜0.05).结论 复合材料以其优良的生物学性能有望成为理想的骨替代材料.     

磷酸钙人工骨结合骨髓基质干细胞移植修复骨缺损的实验研究

目的制备磷酸钙人工骨(calcium phosphats artifieal bone, CPC)与骨髓基质干细胞(bone mesenchymal stem cells, BMSCs)复合物，通过动物实验研究其对骨缺损的修复作用。方法分离、扩增兔的BMSCs，并以CPC为载体制备cPc／BMSCs复合物，植入兔桡骨15mm骨缺损处。于术后不同时间处死动物，通过X线摄片、组织学染色分析和放射性核素监测，观察新骨形成和材料降解情况。同时以单纯的CPC及空白对照组作为对照研究，评价CPC／BMSCs复合物对骨缺损的修复能力。结果CPC／BMSCs复合物可再生新骨组织并完好地修复桡骨缺损，且其修复能力明显优于单纯的CPC。结论以CPC为载体的自体骨髓细胞移植能有效的修复骨缺损。     

自体颗粒骨磷酸钙骨水泥复合细胞移植的实验研究

目的探索应用自体颗粒骨磷酸钙骨水泥复合细胞修复骨缺损的效果。方法分离、定向诱导和扩增骨髓间充质干细胞(MSCs),观察其在体外培养的情况。体外复合自体颗粒骨与磷酸钙骨水泥,然后复合MSCs,并以电镜观察复合物在体外培养的情况。在动物模型中,以不同的复合物植入大鼠直径5mm的颅骨缺损,并于术后摄X线片及进行组织学观察。结果颗粒骨、CPC和MSCs的复合材料可以修复骨缺损,效果优于其他实验组,相比较有显著性差异(P<0．05)。结论颗粒骨、CPC和MSCs的复合材料可以再生骨组织,可以用于修复骨缺损。     

脱钙骨基质/磷酸钙复合骨水泥骨诱导活性观察

目的:观察磷酸钙骨水泥(CPC)中加入脱钙骨基质(DBM)后形成的复合骨水泥的成骨诱导活性.方法:将DBM/CPC复合骨水泥分别植入兔背肌肌袋内,于不同时间取材,通过组织学切片、ALP等手段观察异位诱导成骨情况.结果:术后2周,DBM/CPC复合骨水泥组可见间充质细胞增殖、聚集并包绕DBM骨粒.4周时,DBM已有部分吸收,并软骨样细胞和软骨样组织包裹.8周,DBM进一步吸收,软骨细胞和软骨组织逐渐成熟,新骨形成.12周,DBM吸收并被新骨组织部分或大部分代替且相互连接成片.ALP测定结果与组织学观察的新骨形成情况基本一致.结论:DBM/CPC复合骨水泥有较强的异位诱导成骨能力,诱导新骨的形成伴随着材料的降解,可以有效弥补单纯使用CPC时降解速度太慢和无骨诱导能力的不足.     

多孔载因子CPC促进骨缺损愈合的实验研究

[目的]探讨磷酸钙骨水泥复合rhBMP-2/明胶微球复合材料在治疗骨缺损时的降解、成骨性能。[方法]制备携载rhBMP-2的明胶微球(GMs),与磷酸钙骨水泥(CPC)复合,制备出rhBMP-2/GMs/CPC复合人工骨。取30只新西兰大白兔,在前臂桡骨中段制造人工骨缺损,随机分成3组,分别植入rhBMP-2/GMs/CPC/复合物(A组)、GMs/CPC(B组)、rhBMP-2/CPC(C组),术后6、12周分别进行X线检测、骨密度测定,术后12周处死动物,分别行生物力学测定,脱钙切片、HE染色,不脱钙切片进行荧光显微镜下观察双标间距,计算平均矿化率。[结果]与GMs/CPC、rhBMP-2/CPC组比较,复合材料植入后不同时间点的材料降解及成骨均高于对照组。12周A组标本生物力学实验测定结果表明指标接近正常,与B、C组比较有统计学差异。骨密度12周、新骨矿化率提示有统计学差异。[结论]rhBMP-2/GMs/CPC微球系统复合材料在体内易降解,具有良好成骨活性,是良好的骨修复材料。     

脱钙骨基质/磷酸钙复合骨水泥骨诱导活性观察

目的:观察磷酸钙骨水泥(CPC)中加入脱钙骨基质(DBM)后形成的复合骨水泥的成骨诱导活性。方法:将DBM/CPC复合骨水泥分别植入兔背肌肌袋内,于不同时间取材,通过组织学切片、ALP等手段观察异位诱导成骨情况。结果:术后2周,DBM/CPC复合骨水泥组可见间充质细胞增殖、聚集并包绕DBM骨粒。4周时,DBM已有部分吸收,并软骨样细胞和软骨样组织包裹。8周,DBM进一步吸收,软骨细胞和软骨组织逐渐成熟,新骨形成。12周,DBM吸收并被新骨组织部分或大部分代替且相互连接成片。ALP测定结果与组织学观察的新骨形成情况基本一致。结论:DBM/CPC复合骨水泥有较强的异位诱导成骨能力,诱导新骨的形成伴随着材料的降解,可以有效弥补单纯使用CPC时降解速度太慢和无骨诱导能力的不足。     

磷酸钙骨水泥/rhBMP-2修复犬股骨头软骨下骨缺损重建力学性能的实验研究

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组织替代,力学强度明显高于B、C组;B组,6只软骨瓣塌陷(1～3.6mm),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(1.6～5.5mm),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的恢复股骨头的力学性能.     

新型可注射可降解磷酸钙骨水泥对成骨作用影响的实验研究

目的比较单纯的、添加锌锶等元素及复合rhBMP-2的新型可注射可降解磷酸钙骨水泥(CPC)植入机体后的降解及成骨作用,检验材料及其改进剂型在临床应用的可能性。方法将24只雄性新西兰白兔随机分为A,B,C三组,分别为9、9和6只,制备双侧胫骨结节骨缺损模型；于骨缺损处分别置入：A组为单纯新型可注射可降解CPC材料,B组为含锌锶等微量元素的该CPC材料,C组为该CPC材料与rhBMP-2的复合物。观察其全身及植入局部反应,术后4、8、16周取材CT扫描、肉眼及光学显微镜观察材料植入后的局部反应情况并对比观察该三种材料的降解及骨生长情况。组织切片摄像后,每组每时间点各取5幅相片用软件进行图文处理,求得术后骨组织切片中骨组织含量百分比。结果CT扫描、肉眼及光学显微镜观察发现单纯的和含锌锶等微量元素的CPC材料可引导新骨形成,但新骨形成少且慢,与材料降解不同步；复合rhBMP-2的CPC材料组新生骨形成多而早,基本与材料降解同步。术后骨组织含量百分比测定,A组为(41．7±16．6)%,B组为(31．2±12．2)%,C组为(71．7±21．0)%,复合BMP的CPC材料组术后骨组织切片中骨组织含量显著高于另外两组(P＜0．01)。结论复合rhBMP-2的可注射可降解CPC材料可较早地诱导新生骨生成,与单纯的及含锌锶等微量元素的可注射可降解CPC材料相比,更适合于临床使用。     

胶原支架增强自固化磷酸钙骨水泥的力学及成骨性能研究

[目的]研究胶原支架（CS）对磷酸钙骨水泥（CPC）的力学及其在体内成骨的影响。[方法]试验分CPC／CS及CPC两组，三点弯曲试验测试材料的强度和弹性模量；组织学观察材料植入兔股骨22及54周的成骨状况。[结果]CPC／CS比CPC的弯曲强度、韧性强度分别提高了64．2％、3933．3％，弹性模量降低了45．7％；组织学显示22周CPC／CS内的胶原支架已完全被新骨替代，CPC只在边缘有少量成骨及材料降解而内部无成骨；54周CPC／CS已大部分降解孔化，孔内充满大量新骨及髓样组织，而CPC边缘区的成骨及材料降解虽比22周时明显，但其内部仍未见成骨。[结论]胶原支架既可改善CPC的力学性能，又能促进新骨长入CPC／CS复合材料内部，因此，CPC／胶原支架是较好的骨缺损修复材料。     

Calcium Phosphate Cement with BMP-2-loaded Gelatin Microspheres Enhances Bone Healing in Osteoporosis: A Pilot Study

Background

The capacity for bone healing reportedly is limited in osteoporosis with a less than ideal environment for healing of bone grafts. We therefore developed a composite bone substitute with rhBMP-2 loaded gelatin microsphere (GM) and calcium phosphate cement (CPC) to use in osteoporosis.

Questions/purposes

We asked whether (1) controlled release of rhBMP-2 could be improved in this composite bone substitute and (2) increasing factors released from the bone substitute could accelerate osteoporotic bone healing.

Methods

We soaked rhBMP-2/GM/CPC and rhBMP-2/CPC composites in simulated body fluid for 28 days and then determined the amount of rhBMP-2 released. Both composites were implanted in bone defects of osteoporotic goats and left in place for 45 and 140 days; the specimens then were evaluated mechanically (pushout test) and morphologically (CT scanning, histology).

Results

The in vitro study showed the new composite released more rhBMP-2 compared with rhBMP-2/CPC. CT showed the defects healed more quickly with new grafts. The bone mineralization rate was greater in rhBMP-2/GM/CPC than in rhBMP-2/CPC after 45 days of implantation and the pushout test was stronger after 45 and 140 days of implantation.

Conclusions

The new graft composite released more loaded factors and appeared to repair osteoporotic bone defects.

Clinical Relevance

These preliminary data suggest the new composite can be used as a bone substitute to accelerate healing of fractures and bone defects in osteoporosis.     

磷酸钙骨水泥作为骨形成蛋白载体修复节段性骨缺损及相关研究

目的 制备CPC/BMP复合人工骨，通过动物实验研究其对骨缺损的修复作用及相关问题，探讨临床应用的可能性。方法 参考有关文献方法合成CPC，并将其作为BMP的载体制成CPC/BMP复合物，植入兔桡骨15mm骨缺损处，术后不同时间处死动物。通过生物力学测定，组织学染色分析，电镜扫描及X射线电子能谱分析。X线摄片，无机质含量测定以及骨密度测定等手段观察新骨形成和材料降解情况。同时以单纯的CPC及空白组作为对照研究。综合评价CPC/BMP对骨缺损的修复能力及对机体的影响。结果 术后CPC/BMP和CPC两组动物均无毒性反应。随着时间的延长，血清中碱性磷酸酶浓度逐渐升高，尤以CPC/BMP组显著，提示CPC/BMP复合物和单纯的CPC均可以促进新骨形成，前者新骨形成量大，骨修复能力明显好于后者。CPC/BMP植入2周时可见大量间充质细胞分化，在材料与骨端之间出现一层软骨细胞。4周时软骨细胞向编织骨分化，16周时板骨层骨长人材料并与之相互分割包裹，24周时骨缺损初步修复，新骨密度明显高于CPC组，说明BMP的加入不仅有效地促进了新骨的形成，同时也加速了新骨的钙化。24周组标本生物力学测定结果表明，新骨形成的同时伴随材料的降解，CPC组材料降解速度缓慢，CPC/BMP组降解速度优于CPC组，但24周时仍有部分材料残存。在新骨形成和材料降解过程中可出现血清钙浓度的一过性升高。结论 CPC是BMP的理想载体。CPC/BMP生物活性人工骨对骨缺损有较强的修复能力，可望成为新型的骨缺损修复材料。     

聚磷酸钙纤维体内降解及组织相容性实验

目的 研究人工合成聚磷酸钙纤维体内降解及组织相容性，为肌腱组织工程材料研究提供部分实验依据。方法 聚磷酸钙纤维束和对照材料碳纤维在20只SD大鼠肢体对称部位的皮下、肌肉、肌腱内植入。术后1个月观察实验鼠的日常活动；术后当日，4、8、12、16及20周行X线片检查；术后4、8、12、16及20周取出材料，行肉眼观察、组织切片，HE染色。结果 X线片及组织切片证实聚磷酸钙纤维在肌肉内约16周完全降解，肌腱、皮下约20周完全降解，降解产物无局部沉积现象；而对照碳纤维在实验中未观察到明显降解，聚磷酸钙纤维周围组织内淋巴细胞及巨噬细胞明显少于碳纤维周围，且与周围增生组织相融合程度亦优于碳纤维。结论 聚磷酸钙纤维在体内16－20周可完全降解，组织相容性优于碳纤维。     

Effects of Pore Size on the Osteoconductivity and Mechanical Properties of Calcium Phosphate Cement in a Rabbit Model

Calcium phosphate cement (CPC) porous scaffold is widely used as a suitable bone substitute to repair bone defect, but the optimal pore size is unclear yet. The current study aimed to evaluate the effect of different pore sizes on the processing of bone formation in repairing segmental bone defect of rabbits using CPC porous scaffolds. Three kinds of CPC porous scaffolds with 5 mm diameters and 12 mm length were prepared with the same porosity but different pore sizes (Group A: 200–300 µm, Group B: 300–450 µm, Group C: 450–600 µm, respectively). Twelve millimeter segmental bone defects were created in the middle of the radius bone and filled with different kinds of CPC cylindrical scaffolds. After 4, 12, and 24 weeks, alkaline phosphatase (ALP), histological assessment, and mechanical properties evaluation were performed in all three groups. After 4 weeks, ALP activity increased in all groups but was highest in Group A with smallest pore size. The new bone formation within the scaffolds was not obvious in all groups. After 12 weeks, the new bone formation within the scaffolds was obvious in each group and highest in Group A. At 24 weeks, no significant difference in new bone formation was observed among different groups. Besides the osteoconductive effect, Group A with smallest pore size also had the best mechanical properties in vivo at 12 weeks. We demonstrate that pore size has a significant effect on the osteoconductivity and mechanical properties of calcium phosphate cement porous scaffold in vivo. Small pore size favors the bone formation in the early stage and may be more suitable for repairing segmental bone defect in vivo.     

新型骨组织工程β-TCP／CPPF／PLLA支架复合BMSCs修复节段性骨缺损的影像学研究

目的：将自体骨髓基质细胞（Bone marrow stromal cells,BMSCs）接种到β-TCP／CPPF／PLLA支架上,进行体外复合培养,构建组织工程人工骨,植入兔桡骨大段骨缺损模型中,评估BMSCs／β-TCP／CPPF／PLLA复合体促进成骨的作用。方法：用新西兰大白兔40只,随机分为BMSCs／β-TCP／CPPF,PLL复合物组（A组）、β-TCP／CPPF／PLLA支架组（B组）、空白对照组（C组）共三组,建立兔桡骨双侧大段骨缺损模型,相应植入自体细胞材料复合物和单纯支架材料,空白对照组不作任何处理。术后4、8、12、16周处死动物,摄X线片观察骨缺损修复情况。结果：X线检查结果：A组术后2周可见缺损处有散在的、少量的模糊状骨痂生成,术后4周可见明显的骨生成影像,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到骨痂生成,成骨现象较4周更加明显,部分髓腔已通,术后12～16周,缺损区已完全为新生的骨组织充填,骨髓腔已完全再通,修复区比正常的桡骨较细。B组、C组术后2～16周,虽有不同程度的成骨现象,但没有完全修复骨缺损区,B组较C组修复明显。X线评分结果：A组在各时期均明显高于B组,差异具有显著性（P〈0．01）。结论：自体BMSCs与β-TCP／CPPF／PLLA复合物移植能修复大节段的骨干缺损。     

自体微小颗粒骨复合骨形成蛋白修复兔桡骨缺损

目的探讨自体微小颗粒骨复合I型胶原以及骨形成蛋白(bone morphogenetic protein，BMP)移植修复节段性兔桡骨缺损的效果。方法新西兰大耳白兔56只，切取自体髂骨研磨成微小颗粒，分别与BMP及I型胶原复合，实验分成4组（n=16)。A组：自体微小颗粒骨复合BMP、I型胶原，B组：自体微小颗粒骨复合I型胶原，C组：自体微小颗粒骨，用于修复兔桡骨干1．5cm缺损的动物模型。D组：空白对照组(n=8)，双侧桡骨缺损不作处理。术后2、4、8和12周，行X线片、组织学观察，骨密度及生物力学检测，比较各移植物修复节段性骨缺损的疗效。结果X线片显示，A组术后8周即可使骨缺损完全修复，而B组术后12周使骨缺损完全修复。术后8、12周骨量测定A组成骨量最多，12周生物力学测定显示移植物修复后的骨缺损具有最佳生物力学表现，而C组则不能完全修复骨缺损。结论自体微小颗粒骨复合BMP、I型胶原及自体微小颗粒骨复合I型胶原均能有效修复节段性骨缺损，以复合BMP移植效果更理想。     

聚磷酸钙纤维作为肌腱组织工程支架材料的体外实验研究

目的　探讨编织的辫状聚磷酸钙纤维 (CPPF)支架 ,在体外物理性能及与肌腱细胞的吸附情况。　方法　 CPPF直径 1 5μm,编织成横截面积为 3mm× 2 mm的辫状支架 ;体外测试其拉伸强度、孔隙率及吸水率。将体外培养 SD大鼠原代趾屈肌腱细胞 ,以 5× 1 0 6/ ml浓度与 CPPF辫状支架或 型胶原涂层的 CPPF辫状支架进行体外混合培养 ,组织学观察材料与细胞的吸附情况。　结果　编织的 CPPF辫的平均拉伸强度为 (1 2 2 .80± 1 7.34) N;平均吸水率为61 .56%± 1 4 .57% ;平均孔隙率为 50 .2 9%± 8.1 6%。肌腱细胞与 CPPF支架纤维的吸附较差 ,与 型胶原涂层后的CPPF支架纤维吸附良好。　结论　CPPF有可能成为一种较理想的构建肌腱组织工程复合型支架的新型材料