人发角蛋白复合聚乳酸棒的力学强度及体内降解

背景:生物可降解内固定材料已应用于临床,但目前仅用于非承重骨的内固定。研究一种具有较高的初始力学强度和早期降解速度缓慢,并能用于承重骨内固定的器材是临床所需要的。目的:对自行研究的人发角蛋白复合聚乳酸骨折内固定棒进行初始机械力学强度测试和动物体内降解观察。设计:重复测量设计。单位:南方医科大学珠江医院骨科中心,南方医科大学人体解剖学教研室。材料:实验于2002-09/2003-10在南方医科大学完成。选择54只成年SD大鼠。方法:①利用MTS-858MiniBionix型生物力学测试机分别对20根人发角蛋白复合聚乳酸棒的剪切强度、弯曲强度和弯曲模量进行测试,了解人发角蛋白复合聚乳酸骨科内固定棒的初始机械力学性能。②108个人发角蛋白复合聚乳酸试件随机植入54只SD大鼠双侧脊旁皮下组织中,分别于术后1,2,4,8,12,16,20,24,28周取出(每个时间点6只大鼠),测量重量损失,了解人发角蛋白复合聚乳酸在SD大鼠体内的降解情况。主要观察指标:①人发角蛋白复合聚乳酸骨折内固定棒的力学强度。②人发角蛋白复合聚乳酸骨折内固定棒动物体内降解情况。结果:54只大鼠均进入结果分析。①人发角蛋白复合聚乳酸骨折内固定棒具有良好的初始机械力学强度,其剪切强度为241MPa,弯曲强度为358MPa,弯曲模量为13GPa。②人发角蛋白复合聚乳酸在SD大鼠体内可以良好的降解,早期降解较慢,而晚期降解较快。结论:人发角蛋白复合聚乳酸骨科内固定棒具有良好的初始力学强度,且在体内可以良好的降解。     

可吸收螺钉在骨折内固定中的应用及手术配合

DK KXSLD可吸收骨折内固定螺钉采用超高分子量聚-DL-乳酸(PDLLA)材料制造,在体内最终代谢成二氧化碳和水。产品强度≥40 MPa,弯曲强度≥80 MPa。我院骨科自2004年引进成都迪康中科生物医学材料有限公司生产的DK KXSLD可吸收骨折内固定螺钉广泛应用于非承重部位骨折的固定,经255例骨折病人的临床应用,与传统的内固定方法比较,效果满意。现将手术配合总结如下。     

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。     

聚磷酸钙纤维/纳米羟基磷灰石/聚乳酸复合材料的降解行为

背景：可降解吸收性聚乳酸类骨内固定材料初始力学性能较低,易导致体内产生炎症反应,并且降解时间太长,限制了其在临床上的应用。目的：测定聚磷酸钙纤维/纳米羟基磷灰石/聚乳酸复合材料的力学性能和体外降解性能。设计、时间及地点：重复测量设计,于2006-08/2007-05在兰州交通大学材料工程研究所完成。材料：基体材料采用荷兰普拉克生化公司生产的聚乳酸（Mr300000）和聚消旋乳酸（Mr600000）的共混物（混合比例66/100）。增强材料为直径10~20μm、完全降解时间3个月以上的聚磷酸钙纤维（纤维与基体的比例为1/1）以及用水热法合成的纳米羟基磷灰石粒子。方法：采用复合材料共混工艺制备聚磷酸钙纤维/纳米羟基磷灰石/聚乳酸复合材料薄膜,然后真空热压成型,得到不同质量分数纳米羟基磷灰石（0,0.024,0.048,0.070）的聚磷酸钙纤维/纳米羟基磷灰石/聚乳酸复合材料试样。主要观察指标：复合材料降解前后的弯曲强度、弯曲模量。结果：①加入不同质量分数的纳米羟基磷灰石对复合材料的弯曲强度和弯曲模量均有一定的增强作用,质量分数为0.048时作用最强。②纳米羟基磷灰石质量分数为0.048时聚磷酸钙纤维/纳米羟基磷灰石/聚乳酸复合材料的弯曲强度251MPa,弯曲模量19GPa。与骨的力学性能相比,复合材料的初始强度、刚度（未降解）均大于皮质骨的强度和刚度。③在模拟人体环境的降解介质中降解12周后,聚磷酸钙纤维/纳米羟基磷灰石/聚乳酸复合材料的弯曲强度及弯曲模量为123MPa和7.24GPa。结论：聚磷酸钙纤维/纳米羟基磷灰石/聚乳酸复合材料的力学性能和体外降解性能与人骨组织相近。     

人发角蛋白人工腱诱导自生腱形成过程胶原Ⅰ型mRNA的表达

背景：大量的动物实验和临床应用已经证实，人发角蛋白(human hair keratin，HHK)人工腱能诱导机体形成自生腱，自生腱形成的过程实质上主要是胶原Ⅰ型的合成、分泌和组装的过程。目的：探讨胶原Ⅰ型mRNA在人发角蛋白人工腱诱导自生腱组织形成过程中的表达。设计：以实验动物为观察对象，完全随机对照实验。单位：南方医科大学组织学与胚胎学教研室和生物化学与分子生物学教研室。材料：实验于2003-05／2004-09在解放军第一军医大学实验动物中心完成。实验动物中心提供实验用新西兰大白兔33只，体质量2.0～2．5kg,雌雄不限。随机分成实验3，6，9，12，16，20周组，阴性对照9，20周组和正常对照组，其中实验3，6周组和正常对照组每组3只，其余每组4只。由生物化学与分子生物学教研室提供的人发角蛋白人工腱为经-系列生物化学处理的人发，按降解速度不同可分为快速(F)、中速(B)和慢速(Z)3个不同降解组分。人发角蛋白人工腱是由快速，中速和慢速这3种组分按4：3：3的比例混合编制而成。方法：①实验组行双侧跟腱手术，切断跟腱长1．0～2．0cm，两断端与人发角蛋白人工腱缝合，缝合腱膜，皮肤一期缝合。②阴性对照组为离断兔肌腱1．0～2．0cm，断裂肌腱不进行连接，而缝合腱膜和皮肤。③正常对照组为正常兔肌腱。实验组分别于第3，6，9，12，16，20周取材．阴性对照组分别于第9，20周取材。通过反转录聚合酶链反应技术测量各时期胶原Ⅰ型mRNA表达。主要观察指标：正常肌腱与人发角蛋白人工腱各个时期诱导形成的自生腱中胶原Ⅰ型mRNA／甘油醛-3-磷酸脱氢酶(GADPH)mRNA表达的比值。结果：33只大鼠全部进人结果分析。①正常肌腱组织中Ⅰ型胶原mRNA／甘油醛-3-磷酸脱氢酶mRNA表达的比值为0．96&;#177;0．02。②阴性对照组9，20周组取材发现，两断端肌腱未连接，并且向两侧回缩。③实验组人发角蛋白人工腱植入后诱导形成的自生腱中Ⅰ型胶原mRNA／甘油醛-3-磷酸脱氢酶mRNA表达在第3周的已经出现，第3～6周为急骤上升，第6周到达高峰，第9～20周表达量呈稳定状态。实验组第6周表达量明显高于正常对照组(F=6．254，P&;lt;0．05)．实验组其余各周表达量也明显高于正常对照组(F=1．258～1．987．P&;gt;0．05)。结论：人发角蛋白人工腱植入后，自生腱的形成主要是腱细胞增殖活化，合成并分泌胶原Ⅰ型蛋白，完成肌腱的修复。     

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。     

外消旋聚乳酸及其复合材料的生物相容性特征

目的：观察外消旋聚乳酸及其复合材料的生物相容性，为改进材料性能提供实验依据。方法：实验于2004-05在南方医科大学珠江医院全军骨科中心完成。选取40只SD大鼠随机分成外消旋聚乳酸组、20％羟基磷灰石／外消旋聚乳酸组、20％ β-磷酸钙／外消旋聚乳酸组和对照组，每组10只。将外消旋聚乳酸组、20％羟基磷灰石／外消旋聚乳酸组和20％β-磷酸钙／外消旋聚乳酸组大鼠脊柱两侧肌肉内植入相应试件，对照组只进行同样的手术，但不植入可吸收材料，于术后2，4，8，12周切取植入区组织块进行组织学观察。结果：40只SD大鼠全部纳入结果分析。植入材料组织在2周时有轻度炎症反应；4周后，试件周围有纤维组织膜包裹．炎症开始消退；8周时，纤维组织膜增厚，炎性细胞数量进一步减少，以淋巴细胞为主．试件吸收较明显；12周后炎症反应基本消失，未见巨噬细胞积聚现象，纤维组织已长入材料内。各组切片均未见组织变性、坏死和异常增生。结论：外消旋聚乳酸复合材料具有很强的生物相容性，是一种良好的骨缺损修复材料。     

纳米羟基磷灰石/聚乳酸复合材料的性能测试

目的:测定纳米羟基磷灰石/聚乳酸复合材料的性能。方法:实验于2005-02/2006-08在兰州交通大学材料工程研究所实验室完成。基体材料采用荷兰普拉克生化公司生产的聚乳酸(Mr 400000)。增强材料采用纳米羟基磷灰石(自制)。聚乳酸在使用前进行纯化。纳米羟基磷灰石采用水热法合成。采用共混复合工艺制备不同纳米羟基磷灰石质量分数(0,0.05,0.10,0.15,0.20)的纳米羟基磷灰石/聚乳酸复合材料,并对其力学性能(弯曲强度、弯曲模量、剪切强度)和降解性能(降解速率)进行测试。结果:①力学性能:复合材料的弯曲强度随着纳米羟基磷灰石体积分数的增加而增大,在羟基磷灰石微粒的质量分数为0.15(体积分数为0.064)时弯曲强度出现峰值(153.6MPa),降解12周后复合材料弯曲强度仍有123.7MPa。复合材料的弯曲模量随着纳米羟基磷灰石体积分数的增加而增大,有一定的弯曲模量(5.7GPa),降解12周后复合材料弯曲模量为5.3GPa。复合材料的剪切强度随着纳米羟基磷灰石体积分数的增大呈下降趋势。②降解性能:随着降解时间的延长,复合材料的降解速率变化不大。结论:纳米羟基磷灰石/聚乳酸复合材料能满足松质骨的骨折内固定的力学性能要求。     

左旋聚乳酸颈椎可吸收固定板的力学性能测试

背景:课题组已成功利用左旋聚乳酸的有限固定强度和可吸收的特性制成了新型颈椎可吸收固定板.目的:进行动物体内降解和力学实验,以测定新型可吸收颈椎左旋聚乳酸固定板的生物力学性能.方法:将长30 mm,宽5.5 mm,厚度为2.0 mm的试样经环氧乙烷消毒后,植入至15只兔的背部肌肉内,分别于术后1,3,5,7个月取出,观察材料的降解变化和机械性能的变化.结果与结论:植入1～5个月,外观观察材料植入体内后未发生明显改变.植入1～7个月材料体积和质量均未发生明显改变.植入1个月冲击强度未发生明显变化,植入3个月略有下降,后又逐渐上升,至7个月时达到甚至超过术前水平.植入后随着时间延长左旋聚乳酸板的弯曲强度呈逐渐下降趋势,但7个月内下降幅度并不显著.术后3～7个月扭转强度略有下降,但并不明显.结果表明,左旋聚乳酸的生物力学强度足够维持骨性融合的全过程,用其制成的颈椎前路固定板可以用于颈椎前路手术的植骨融合固定.     

羟基磷灰石复合聚乳酸可吸收螺钉的力学及生物降解性

背景：将聚乳酸与羟基磷灰石复合可提升植入体的力学性能、理化性能。目的：应用犬股骨外髁骨折内固定模型,观察羟基磷灰石复合聚乳酸骨折内固定螺钉修复股骨外髁松质骨骨折的效果。方法：手术制备42只比格犬双侧股骨外髁骨折模型,左侧采用羟基磷灰石复合聚乳酸可吸收螺钉内固定作为实验组,右侧采用单纯聚乳酸螺钉内固定作为对照组。置入后2,4,8,12,24,36,48周获取标本,X射线观察骨折恢复情况,取股骨和螺钉标本进行病理组织学观察,检测螺钉质量、抗弯强度和重均分子质量,计算生物吸收率、强度衰减率和生物降解率 结果与结论：置入后2-48周,双侧骨折区内固定良好,新骨生长良好,实验组螺钉生物吸收率低于对照组（P ≤0.01）。实验组置入后2,4周螺钉抗弯强度高于对照组（P ≤0.05）,置入后2-48周螺钉生物降解率低于对照组（P ≤0.05或P ≤0.01）。两组标本病理变化相似,置入后48周,骨折均愈合,骨组织重建良好。表明羟基磷灰石复合聚乳酸可吸收螺钉具备良好的内固定疗效和生物相容性,其力学性能和生物降解性能优于单纯聚乳酸螺钉。