HA、BCP和TCP三维支架材料成骨活性的比较研究

摘要

背景：大面积骨缺损治疗是困扰骨科医生的难题，四肢、关节等承重部位修复一般选用机械强度大的金属材料，但金属材料与自然骨成分相差大，无降解性能，且金属植入物因与周围组织弹性模量不匹配，易出现应力遮挡和骨吸收，并非适用于全身所有部位骨组织修复，而医用高分子材料由于低的弹性模量也限制了其在骨缺损的应用。由于较高的生物活性和组织相容性生物陶瓷材料得到越来越多研究人员的关注，其在骨缺损如颅骨、颌面部缺损的修补作用已经得到大量研究的证实，但是对于目前研究比较集中的几种陶瓷材料的对照研究比较少。本实验对比了几种目前研究发现比较有临床应用前景的生物陶瓷材料（HA、BCP、TCP、无生物活性的HA）对成骨的作用，为临床骨缺损治疗找到更理想的骨替代材料。
　　目的：通过体外细胞实验及体内动物实验对比研究几种生物陶瓷材料（HA、BCP、TCP、无生物活性的HA）的成骨效果，观察各材料的生物学及力学特性，探讨材料对细胞及实验动物的促进成骨作用，为生物陶瓷材料在修复非承重骨缺损临床应用提供实验依据。
　　方法：⑴材料特性：在未进行任何处理的空白材料上进行电镜扫描和力学实验测试，考察材料的微观结构和力学性能。⑵体外细胞实验：提取出生3~7天SD乳鼠头盖骨原代成骨细胞并培养到第三代，以每块材料10万的细胞量分别接种到以相同方法处理过的几种材料表面，分别于第1、2、3周测定成骨细胞MTT、ALP活性及成骨相关基因（ALPL、BGLAP、BMP2、BSP、COL1A1、RUNX2）的表达，并对材料进行FDA/PI染色和鬼笔环肽染色，观测材料上成骨细胞的活力及细胞肌动蛋白微丝骨架结构。⑶体内动物实验：将300g±10g的SD大鼠随机分成4组（ABCD组），每组10只，麻醉后对4组SD大鼠行建立颅骨缺损模型手术，A组植入HA材料，B组植入BCP材料，C组植入TCP材料，D组植入无生物活性的HA材料，以相同方式进行术后处理后，于术后时间1、2、3月为观察取样时间点，行椎束CT扫描、解剖大体观察、Micro-CT扫描、组织切片染色等。
　　结果：①考察材料特性：HA、无生物活性的HA材料在力学实验中显示出较好的力学性能，BCP材料次之，TCP材料力学性能最低。②考察材料在体外细胞实验的生物活性：在MTT实验中，BCP材料对促进成骨细胞的增殖作用最明显；而在ALP活性测定及RT-PCR成骨相关基因实验中，BCP、TCP材料则表现出比其他材料更高的表达，相比之下，无生物活性的HA材料在细胞实验中表现出低生物学活性。③考察材料在体内动物实验的修复效果：几种材料的修复效果在椎束CT及解剖大体观中区别并不明显，而Micro-CT扫描显示，BCP材料的骨小梁数量和骨密度均高于其他材料，且组织切片染色中BCP组材料中的新生骨面积较其他组更多，生物相容性好，HA、TCP材料次之，而无生物活性的HA组中纤维细胞和炎性细胞浸润较多，新生成骨组织较其他组少。
　　结论：BCP材料表现出比其他材料更高的体外生物活性，并且在体内成骨效果比其他材料更明显，初步说明HA、BCP、TCP材料可用于非承重骨修复，BCP材料在体内非承重骨修复效果更好。

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前言

一、HA、BCP和TCP生物材料对成骨细胞的影响

1 材 料

2 方法

3 结果

4 讨 论

5 结 论

参考文献

二、研究HA、BCP和TCP生物材料在SD大鼠颅骨缺损模型上的修复效果

1 实验动物、材料和仪器

2 动物实验方法

3 结 果

4 讨 论

5 结 论

全文总结

参考文献

综述: 骨骼修复材料的研究进展及展望

致谢

攻读硕士学位期间论文发表情况