可注射性缺钙纳米羟基磷灰石/聚氨基酸/硫酸钙复合骨植入材料的制备与应用研究

摘要

第一部分可注射性缺钙纳米羟基磷灰石/聚氨基酸/硫酸钙复合材料的制备及性能研究
　　目的:
　　采用原位聚合方法制备出可注射性缺钙纳米羟基磷灰石/聚氨基酸/硫酸钙复合材料(nano calcium-deficient hydroxyapatite/multi(amino acid)copolymer/calcium sulfate hemihydrate，n-CDHA/MAC/CSH)，对其组成与结构进行分析，并探讨不同比例的n-CDHA/MAC和CSH对复合材料注射性能、凝固时间、力学性能等特性的影响，筛选出合适的材料复合比。
　　方法:
　　原位聚合法成功制备n-CDHA/MAC复合材料，与CSH粉末按照混合物中n-CDHA/MAC从0％到40％不同比例进行均匀混合后，用双螺杆挤出机在170℃的条件下挤塑复合，挤塑出的复合材料经干冰冷却后用粉碎机粉碎成粒度大小在38μm～125μm范围内的粉末，将复合材料按照合适的固液比混合后，红外光谱及X射线衍射分析其组成与结构;扫描电镜观察其微观结构;采用ISO9579-1989E国际标准检测注射性能及凝固时间;REGER30-50型力学测试机检测其压缩强度。
　　结果:
　　红外光谱及X射线衍射分析表明复合前后n-CDHA、MAC、CSH相组成没变，复合材料中不存在其他杂相，各组成成分之间由化学键结合，而非机械结合方式;复合材料的SEM图显示，n-CDHA、MAC及CSH均匀地结合在一起，各材料之间几乎没有粒子脱落导致的空洞，存在着较好的界面结合，复合材料的表面致密、粗糙且富有孔隙;随着n-CDHA/MAC加入比例的增加(10％，20％，30％，40％)，n-CDHA/MAC/ CSH复合材料的凝固时间延长，注射性能提高;压缩强度检测提示含0wt％、10 wt％、20 wt％、30 wt％、40 wt％ n-CDHA/MAC的复合材料压缩强度分别为21.24±1.92Mpa、28.42±2.63Mpa、34.34±2.52Mpa、43.92±2.40Mpa、30.77±3.37Mpa，当n-CDHA/MAC含量从0％增长到30％时，复合材料的抗压强度逐渐升高，但到n-CDHA/MAC含量达到40％时，复合材料的压缩强度开始明显降低，材料甚至出现碎裂、崩塌的现象。
　　结论:
　　成功制备了可注射性n-CDHA/MAC/CSH复合材料，复合材料各相之间不是简单的物理混合，而是存在一定的化学键合;可以通过调整复合材料中n-CDHA/MAC和CSH的比例来调控其注射性能、凝固时间及机械性能。通过筛选，30％ n-CDHA/MAC含量的复合材料符合骨科手术需要。
　　第二部分可注射性缺钙纳米羟基磷灰石/聚氨基酸/硫酸钙复合材料体外细胞相容性研究
　　目的:
　　评估可注射性缺钙纳米羟基磷灰石/聚氨基酸/硫酸钙复合材料(nano calcium-deficient hydroxyapatite/multi(amino acid) copolymer/calcium sulfate hemihydrate，n-CDHA/MAC/CSH)的细胞相容性及对MC3T3-E1成骨细胞生物学行为的影响。
　　方法:
　　实验一:n-CDHA/MAC/CSH复合材料与L929细胞毒性检测:
　　通过直接接触法和浸提液接触法将n-CDHA/MAC/ CSH圆片状复合材料与L929细胞共同培养，相差显微镜下观察材料对L929细胞形态学影响;MTT法检测L929细胞增殖度;PE-7AAD双标流式细胞仪检测L929细胞凋亡情况。
　　实验二:n-CDHA/MAC/CSH复合材料对MC3T3-E1成骨细胞生物学行为影响:
　　将MC3T3-E1成骨细胞分别种植于n-CDHA/MAC/CSH、CSH圆片状材料表面，设立空白对照组。SEM观察细胞在材料表面黏附及生长情况;酶联免疫吸附测定法(Elisa)检测材料对成骨细胞碱性磷酸酶(ALP)及骨钙素(OC)分泌的影响;通过Transwell小室迁移实验检测材料对成骨细胞迁移的影响。
　　结果:
　　实验一:直接接触实验表明n-CDHA/MAC/CSH复合材料对L929细胞无明显细胞毒性，细胞形态良好，贴壁生长良好;MTT检测实验组细胞毒性为Ⅰ级，流式细胞仪检测结果证实n-CDHA/MAC/ CSH复合材料对细胞的凋亡率没有明显影响(P＞0.05)。
　　实验二:扫描电镜观察提示MC3T3-E1细胞在n-CDHA/MAC/CSH表面及CSH表面生长良好，形态规则，细胞之间紧密连接并随着培养时间的延长呈现出复层生长的现象;Elisa法检测三组细胞分泌ALP在共培养第1天无明显差别(P＞0.05)，在共培养第4天及第7天，n-CDHA/MAC组ALP水平明显高于CSH组及空白对照组(P＜0.05);OC水平在3、5、7天时各组间无明显差别(P＞0.05)，在10天时n-CDHA/MAC/ CSH复合材料组和CSH组细胞分泌OCN含量高于空白组，在14天时n-CDHA/MAC/CSH复合材料组细胞分泌OC含量明显高于CSH组及空白对照组，差异具有统计学意义(P＜0.05);Transwell小室迁移实验提示各组之间无明显差异(P＞0.05)。
　　结论:
　　n-CDHA/MAC/ CSH复合材料无明显细胞毒性，具有良好的成骨细胞相容性，对成骨细胞的黏附、生长、增殖及分化具有一定的促进作用。
　　第三部分可注射性缺钙纳米羟基磷灰石/聚氨基酸/硫酸钙复合材料修复兔股骨髁骨缺损研究
　　目的:
　　评估可注射性缺钙纳米羟基磷灰石/聚氨基酸/硫酸钙复合材料(nano calcium-deficient hydroxyapatite/multi(amino acid) copolymer/calcium sulfate hemihydrate，n-CDHA/MAC/CSH)的生物相容性及修复兔股骨髁骨缺损的能力。
　　方法:
　　在新西兰大白兔双侧股骨髁松质骨区域制造直径6.5mm，深1cm的股骨髁骨缺损模型，骨缺损处注射n-CDHA/MAC/CSH复合材料作为实验组，对照组处注射CSH材料，空白组不作任何处理。术后4、8、16周行大体观察、微型CT扫描、硬组织切片及V-G染色，术后4、16周行肝、脾、肾组织学检测以评价材料在动物体内的生物相容性、骨缺损修复能力及生物降解情况。
　　结果:
　　手术后各组动物切口愈合良好，未见明显红肿及感染征象。大体观察实验组及对照组骨缺损处皮质在16周时已完全闭合，空白对照组在16时仍可看见明显缺损;微型CT扫描提示实验组与对照组都具有修复股骨髁缺损的能力，但实验组新生骨小梁数量及密度在各个时间点均要高于对照组(P＜0.05)，对照组则未发现新骨形成征象;硬组织切片提示n-CDHA/MAC/CSH复合材料与新生骨组织紧密结合，16周时材料大部分降解，形成的新生骨小梁成熟而致密;对照组CSH材料在8周时已基本降解，到第16周时新生骨小梁不成熟且稀疏;空白对照组则只看见少许纤维组织，未见新生骨的形成。术后兔肝、脾、肾组织学检测未见明显异常。
　　结论:
　　n-CDHA/MAC/CSH复合骨修复材料生物相容性好，与单纯CSH骨水泥相比，具有更加良好的降解速率及修复骨缺损能力，具有良好的临床应用前景。

目录

声明

英汉缩略语名词对照

摘要

前言

参考文献

第一部分 可注射性缺钙纳米羟基磷灰石／聚氨基酸／硫酸钙复合材料的制备及性能研究

1 材料及方法

2 结果

3 讨论

4 小结

5 附图

参考文献

第二部分 可注射性缺钙纳米羟基磷灰石／聚氨基酸／硫酸钙复合材料体外细胞相容性研究

第一节 可注射性钙纳米羟基磷灰石／聚氨基酸／硫酸钙复合材料体外细胞毒性评价

1 材料与方法

2 结果

3 讨论

4 附图

参考文献

第二节 可注射性缺钙纳米羟基磷灰石／聚氨基酸／硫酸钙复合材料对成骨细胞生物学行为的影响

1 材料与方法

2 结果

3 讨论

4 小结

5 附图

参考文献

第三部分 可注射性缺钙纳米羟基磷灰石／聚氨基酸／硫酸钙复合材料修复兔股骨髁骨缺损研究

1 材料与方法

2 结果

3 讨论

4 小结

5 附图

参考文献

全文结论

文献综述 可注射式人工骨应用及研究进展

致谢

攻读学位期间发表的学术论文