不同烧结温度对双相钙磷陶瓷颗粒材料介孔结构及其成骨性能的影响

目的通过体内外实验检测不同烧结温度下制备的不同介孔直径双相钙磷陶瓷（biphasic calcium phosphate，BCP）颗粒材料成骨能力差异，为筛选具备更好临床应用参数的 BCP 材料提供依据。方法将羟基磷灰石（hydroxyapatite，HA）及 β-磷酸三钙（β-tricalcium phosphate，β-TCP）以 8∶2 比例混合后，分别在 1 050、1 150 及 1 250℃ 下烧制 3 h 制备 3 种 BCP 材料（分别设为材料1、2、3），比表面积测试法（Brunauer-Emmett-Teller test，BET）测量材料的颗粒内部孔隙率及介孔直径、体积、面积，X 线衍射（X-ray diffraction，XRD）评估材料组成成份，扫描电镜观察材料微观表面形态。体外将第 3 代 SD 大鼠 BMSCs 与各材料共培养 7 d（分别设为 A、B、C 组），扫描电镜观察细胞黏附情况，鬼笔环肽染色观察 BMSCs 贴附于材料表面后的形态，细胞计数试剂盒 8 法检测细胞增殖活性。体内建立比格犬异位成骨模型：取 9 只比格犬，于每只犬双侧竖脊肌内制作 9 个肌袋，将肌袋随机分为 3 组（每组 3 个/只），A、B、C 组分别置入材料 1、2、3。术后 1、2、3 个月分别麻醉 3 只比格犬取材行 HE、Masson 及番红固绿染色，计算 BCP 间隙中的成骨面积比；行实时荧光定量 PCR（real-time fluorescence quantitative PCR，qRT-PCR）检测成骨相关基因 ALP、骨桥蛋白（osteopontin，OPN）、骨钙素（osteocalcin，OC）的表达。结果BET 检测示随烧结温度增加，颗粒内部孔隙率无明显变化，但介孔直径、体积及面积逐渐减小；XRD 检测示 3 种材料均可见 HA 及 β-TCP 两种 X 线衍射波；扫描电镜观察示 3 种材料表面有广泛分布的微孔，孔间有空隙相连。体外实验示 BMSCs 在 3 种材料表面黏附、增殖，B、C 组材料的细胞生物相容性优于 A 组。体内实验结果示，术后 2 个月开始 3 种材料颗粒孔隙内即可见明显的骨样组织沉积。各组成骨面积比随时间延长均增加，术后 2、3 个月 A 组成骨面积比显著高于 B、C 组，1 个月时显著高于 B 组（P<0.05）。qRT-PCR 检测示，A 组成骨相关基因表达在 2 个月时出现峰值，B、C 组各成骨相关基因表达随时间延长逐渐增加。术后 1 个月 A 组 ALP 和 OPN mRNA 相对表达量显著高于 B、C 组，术后 2 个月 A 组 OC mRNA 相对表达量显著高于 B、C 组，术后 3 个月 B、C 组 ALP mRNA 相对表达量及 B 组 OPN mRNA 相对表达量显著高于 A 组（P<0.05）；其余各时间点各组间比较各基因 mRNA 相对表达量差异均无统计学意义（P>0.05）。 结论不同烧结温度下制备的 BCP 材料，其介孔直径随温度增加而减小。不同介孔直径的 BCP 材料异位成骨能力存在差异，其中直径为 12.57 nm 的 BCP 材料能更早激活成骨基因，具备更强的成骨能力。介孔直径可作为一个优化 BCP 材料成骨能力的指标。