新型含锶α-半水硫酸钙/纳米羟基磷灰石复合材料生物学性能及成骨相关实验研究

摘要

目的：
　　本实验室前期研究已成功合成了含锶α-半水硫酸钙(Sr-α-CSH)，在保持了原有硫酸钙良好的生物相容性及骨传导性的基础上，使材料兼具了一定骨诱导性能。但是其在降解速率上仍有缺陷，无法与新骨形成的速率相匹配。本研究旨在通过有关工作，尝试将Sr-α-CSH与纳米羟基磷灰石(nHA)进行复合，以期得到一种相容性良好、降解率适中且兼具骨诱导性的新型复合生物材料。
　　方法：
　　1.新型Sr-α-CSH/n-HA复合材料的制备、物理特性表征及体外降解
　　通过共沉淀及水热法制备不同含锶浓度Sr-α-CSH，然后与n-HA按固定质量、液固比经混调、制模、固定、干燥后得到圆柱状复合材料样品。通过X射线衍射分析(XRD)、傅里叶红外光谱分析(FT-IR)、抗压强度测试、表面扫描电镜(SEM)观察，检测材料表征特性。采用模拟体液(SBF)浸泡行材料体外降解实验，了解其降解特性。
　　2.新型Sr-α-CSH/n-HA复合材料对大鼠骨髓间充质干细胞(BMSCs)增殖分化及迁移的影响
　　按照国际标准制备不同复合材料浸提液，以浸提液干预培养BMSCs，使用CCK-8法、划痕法检测细胞增殖、迁移能力。通过实时定量PCR(qRT-PCR)检测相关成骨基因(ALP、RUNX2、OCN、BSP)表达，通过茜素红及Von Kossa染色比较细胞成骨矿化差异。
　　3.新型Sr-α-CSH/n-HA复合材料修复大鼠胫骨临界性骨缺损的实验研究
　　采用SD大鼠胫骨上段临界性骨缺损模型，填充不同含锶浓度复合材料。通过X线、Micro CT以及组织学方法，评估不同含锶浓度复合材料对骨缺损修复的效果。通过CFU实验观察不同材料在体内诱导募集BMSCs的差异性。
　　结果：
　　1.XRD和FTIR分析复合材料中主要成分的基本晶型未发生明显变化。SEM观察材料表面粗糙，呈多孔排布，晶体间结合紧密。复合材料抗压强度可达到正常松质骨抗压强度水平。降解率介于CSH和HA之间。
　　2.CCK-8法检测细胞相对增殖活性，各组间无显著差异。浸提液干预后BMSCs成骨相关基因(ALP、RUNX2、OCN、BSP)的表达水平均明显上调，细胞划痕愈合率随材料中锶含量增大而呈升高趋势。成骨分化结果显示矿化结节数量随材料含锶量的增大而逐渐增加。
　　3.X线片及Micro CT显示复合材料植入组骨修复情况较好。术后4周及12周各实验组BV/TV、Tb.Th分析：10％Sr-CSH/n-HA组＞5％组＞CSH/n-HA组＞CSH组。组织切片显示，复合材料组骨修复更具整体效应。
　　结论：
　　1、Sr-α-CSH可与n-HA结合形成新型复合材料，该材料具备良好的孔隙率，抗压强度与正常松质骨相当，体外降解率也介于CSH和HA之间。可在降解过程中释放高浓度钙、锶离子，对成骨诱导具有潜在促进作用。
　　2、新型含锶复合材料无细胞毒性，能有效促进BMSCs的成骨分化和迁移，促进BMSCs成骨相关基因表达水平上调，具备一定的骨诱导性能。
　　3、新型含锶复合材料在体内骨重建过程中更具整体修复效果，降解后形成的多孔腔隙更有利于nHA重吸收。在降解过程中锶、钙离子释放以及局部微环境改变对BMSCs的迁移、募集和成骨分化等具有协同促进作用。

目录

摘要

前言

第一部分 新型Sr-α-CSH／n-HA复合材料的制备、物理特性表征及体外降解

1 材料与方法

1．1 实验材料

1．2 实验方法

1．3 含锶α-半水硫酸钙／纳米羟基磷灰石复合材料的理化性能及表征特性

1．4 统计学方法

2 结果

2．1 复合材料的表征特性

2．2 不同含锶量复合材料的抗压强度测试

2．3 材料体外降解实验

2．4 不同含锶量复合材料表面扫描电镜观察

2．5 体外降解液中锶、钙离子浓度

3 讨论

3．1 单一生物陶瓷材料的优缺点

3．2 复合材料的表征特性分析

3．3 复合材料的力学性能及体外降解

4 小结

第二部分 新型Sr-α-CSH／n-HA复合材料对大鼠骨髓间充质干细胞增殖分化及迁移的影响

1 材料与方法

1．1 实验材料

1．2 实验方法

1．3 统计学方法

2 结果

2．1 复合材料浸提液中锶、钙离子的浓度

2．2 CCK-8检测浸提液干预后大鼠BMscs细胞增殖情况

2．3 大鼠BMScs细胞成骨分化相关基因表达的结果

2．4 细胞划痕修复实验

2．5 不同含锶量复合材料浸提液对大鼠BMSCs成骨分化的影响

3 讨论

4 小结

第三部分 新型Sr-α-CSH／n-HA复合材料修复大鼠胫骨临界性骨缺损的实验研究研

1 材料与方法

1．1 实验材料

1．2 实验方法

1．3 统计学方法

2 结果

2．1 实验动物一般情况

2．2 X线摄片检查

2．3 实验动物的大体标本观察

2．4 血清锶、钙离子浓度

2．5 Micro-CT骨形态学分析结果

2．6 组织切片染色结果

2．7 复合材料诱导大鼠骨缺损区域BMSCs募集实验结果

3 讨论

4 小结

参考文献

全文总结

缩写语词汇表

综述

博士研究生期间发表论文情况

致谢

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