硫酸钙/骨基质明胶（BMG）复合人工骨的研制及相关研究

摘要

研究背景 寻找理想的骨移植材料以修复临床各种原因造成的骨缺损一直是骨科领域的热门课题。长期以来，自体骨被公认为是骨移植的“金标准”，其骨缺损修复能力强、愈合快。但自体骨存在来源有限、取骨处出现较高并发症等问题，且不能根据需要任意塑形，其应用受到限制。因此，研制理想的骨移植替代材料，成为众多学者关注的热点。目前的骨移植替代材料主要有硫酸钙(CS)、磷酸钙(CPC)等钙盐类，以及与异体骨提取物、骨形态发生蛋白(BMP)或其它骨生长因子的复合物。自1892年Dreesman首次应用硫酸钙作为骨移植替代物以来，人们对硫酸钙进行了深入研究，证实硫酸钙具有良好的生物相容性和生物降解性，能在骨缺损区发挥传导成骨作用，利于血管及骨源细胞的长入。经过大量的动物实验及临床骨缺损修复研究发现，骨基质明胶(BMG)是一种高效的诱导成骨活性物质。BMG由异体骨经提取制得，含有不可溶性的胶原及非胶原蛋白。本课题将自制硫酸钙人工骨，并以此为基体材料与骨基质明胶复合，构建兼具骨诱导活性和骨传导作用的新型复合人工骨移植替代材料。通过体外系列实验，研究复合人工骨的物理及化学特性，通过修复动物骨缺损模型，探讨其临床应用的可行性。 研究目的 1、研究硫酸钙人工骨的制备方法，并对其结构特征及物理、化学性能进行分析。 2、探讨硫酸钙/骨基质明胶生物活性复合人工骨的制备方法，并评价其理化性能。 3、将硫酸钙与骨基质明胶物理复合，构建新型可降解复合人工骨(CS/BMG)，探讨其修复节段性骨缺损的效果。 研究方法 1、取高纯度二水硫酸钙，在饱和蒸汽条件下脱水，制备硫酸钙人工骨，通过X-射线衍射分析其物相，扫描电镜观察硫酸钙的微结构，体外降解及力学测试观察其降解速率和力学强度。 2、制备硫酸钙、骨基质明胶颗粒，按1:1、2:1、3:1不同质量比例复合，制备生物活性复合人工骨。经扫描电镜观察、生物力学测试及体外降解试验，研究不同配比复合人工骨的结构特征、力学强度及降解速率。 3、分别制备CS、BMG，按一定比例复合，取21只兔尺骨中段15mm节段性骨缺损动物模型，并随机分为3组，CS/BMG组植入复合人工骨、CS组单纯植入硫酸钙、空白对照组缺损区旷置。标本于术后4周、8周、12周分批取材，经大体观察、影像学、组织学及四环素荧光示踪检测，观察复合人工骨修复骨缺损的效果。 结果 1、本方法制备的人工骨为α相半水硫酸钙(α-CSH)，晶体呈现为均匀一致的短柱状，平均粒径约为2～5μm，长约为5～20μm，长径比在2～4左右；材料复水凝结成为微孔结构，孔径为2～20μm，孔隙间相互交通；抗压强度为39.85MPa，12周达到彻底降解。 2、扫描电镜下硫酸钙与骨基质明胶呈均匀混合分布，材料内见较多孔径为100～500μm的微孔结构，孔隙间相互交通，随着骨粒含量的增加，孔径逐渐增大。质量比为1:1、2:1、3:1的复合人工骨的抗压强度分别为(3.53±0.62)、(6.74±0.78)、(13.60±1.01)MPa，100％体外降解时间分别为8周、10周、12周。 3、术后切口均一期愈合，植入区周围未见炎性细胞浸润。CS/BMG组植入4周，缺损区两端及中央均可见岛状新骨生长，8周时材料已完全降解，新骨生长活跃，并逐渐由编织骨重塑为板层骨，12周缺损区被新生骨替代，骨结构逐步成熟，与宿主骨间形成骨性桥接，髓腔再通，完成骨性修复。CS组4周两端也见新骨生长，但较CS/BMG组成骨量少，中央部位新骨出现时间晚，8周时材料完全降解吸收，植入区可见大量骨痂生长，两端出现板层样新骨，12周缺损区得到基本修复，但骨髓腔轮廓不清。空白组术后形成骨不连。 结论 1、本法制备的硫酸钙人工骨具有良好生物力学性能和生物降解性能，可以满足作为骨替代材料的要求。 2、硫酸钙/骨基质明胶复合人工骨具有利于新骨长入的微孔结构，随着骨粒含量的增高，材料的力学强度逐渐减低，降解时间加快，不同配比的复合材料可适用于不同的植骨需要。 3、硫酸钙/骨基质明胶复合人工骨具有良好的生物相容性和可降解性，能有效地修复兔尺骨骨缺损，是一种较为理想的骨移植替代材料。

目录

文摘

英文文摘

前言

第一部分硫酸钙人工骨的制备及物性分析

第二部分硫酸钙/BMG复合人工骨的制备与理化性能研究

第三部分硫酸钙/BMG复合人工骨修复骨缺损的实验研究

结论

参考文献

综述骨基质明胶移植的研究进展

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