新型生物植骨材料的制备及其在脊柱矫形手术中的应用研究

摘要

脊柱后路内固定植骨融合术是目前公认的疗效最确切并且广泛应用的手术治疗方法。但随着研究的深入，人们逐渐认识到想要取得长期满意的手术效果的关键在于术后的自身的骨性融合，而不仅仅是内固定器械短期内的稳定作用。因此，骨性融合在脊柱外科手术中显得极为关键。
　　目前已批准在临床常用的植骨材料主要有自体骨、同种异体骨和各种生物植骨材料，而这三者当中作为骨移植材料的人工合成物质受到了更多的关注。近年来，可任意塑形并能够在体液条件下快速自固化的磷酸钙骨水泥（Calcium Phosphate Cement，CPC）是目前研究较透彻并被认为是很有发展前景的一种生物活性人工骨材料。CPC固化后产物的化学成分与骨组织的无机成分相似，晶相结构与骨组织相近，可根据缺损部位任意塑形，操作简便，克服了使用粉料和颗粒料成型困难、力学性能差、易于流失等问题。CPC目前抗压强度的常见报道范围一般为2OOMPa，介于皮质骨和松质骨之间，已经完全能够适应非承重部位的后路脊柱植骨融合的要求。
　　骨形态发生蛋白(BMP)是一类酸性蛋白，广泛存在于骨基质中，能诱导间充质干细胞向成骨细胞分化，是目前所知最有效的骨诱导活性物质，FDA已批准将人重组BMP2（rhBMP2）应用于脊柱前路融合术中。但BMP2在体内很容易被体液稀释及各种蛋白酶所降解，从而影响其在成骨界面发挥骨诱导作用。而通过处理将rhBMP2复合至CPC网孔支架中，则能够起到缓释作用：CPC人工骨材料充当rhBMP2的缓释载体，促进其诱骨活性的发挥。在移植位点，一方面支架引导骨组织向内生长，另一方面缓释rhBMP2通过骨诱导性的方式产生新骨，即引导成骨和骨诱导双重机制来完成融合过程。
　　目的：
　　运用纳米技术，制备出rhBMP2纳米微囊。同时通过调整钙磷比制备缺钙CPC，再经盐析法制备出缺钙CPC多孔支架，将两者复合。通过动物实验验证新型生物植骨材料的良好性能。为临床应用推广提供基础。
　　方法：
　　1.制备复合rhBMP-2的缺钙磷酸钙人工骨支架。
　　本实验利用脂质体的独有特性，采用溶剂分散法制备rhBMP-2纳米微囊，在局部堆积释放，从而达到定向给药的目的。通过调整不同种类磷酸钙盐的比例制备出缺钙磷酸钙，再经盐析法制备缺钙磷酸钙多孔支架材料。将两者复合、固化成形得到复合rhBMP-2的缺钙磷酸钙人工骨支架。
　　2.进行复合rhBMP-2缺钙磷酸钙人工骨的动物实验。
　　选2-3个月年龄的健康成年新西兰大白兔，在兔双侧股骨外髁植入预制的复合rhBMP-2缺钙CPC支架(6mm×5mm)样品及未复合rhBMP-2的缺钙CPC支架支架材料为对照样品。分别于术后1个月和3个月取出标本进行观察。
　　3.开展不同植骨材料应用于青少年特发性脊柱侧凸手术矫正后骨融合疗效的对比研究。
　　纳入80名AIS患者，其中66名为女性，14名为男性。从2008年到2013年，所有患者接受单纯后路双棒节段内固定系统矫正植骨融合术治疗。术中内固定矫形部分完成以后，所有患者行术区行椎板及小关节突去皮质处理，以制备植骨床。A组患者采用自体髂骨联合术区原位骨植骨。B组患者使用4-6包冻干同种异体骨骨条联合术区原位骨植骨。C组患者应用纳米人工骨联合术区原位骨入植骨。
　　结果：
　　1.成功制备了复合rhBMP-2的缺钙磷酸钙人工骨支架。
　　2.顺利进行了复合rhBMP-2缺钙磷酸钙人工骨的动物实验并验证了新型植骨材料的优异性能。复合rhBMP-2缺钙CPC支架植入3个月后，缺钙CPC支架大部分降解，骨缺损部位已经完全修复，组织在缺损部位生长良好，其表现和正常的骨组织没有差异。
　　3.本研究针对脊柱畸形矫形术后的骨融合这一热点课题，在矫形术中采用了纳米人工骨进行植骨融合，并与传统的自体髂骨移植和同种异体骨移植进行了比较，临床应用过程中未发现纳米人工骨使用过程中有过敏反应、异物反应、延迟融合、骨不连等融作用，其生物相容性良好，使用安全，高效，不仅可以用于青少年脊柱侧凸，而且可以用于成人脊柱侧凸及老年退变性脊柱侧凸，效果显著。
　　本研究收集了完整的临床资料并加以整理，通过比较不同组患者的平均植骨量及手术费用，计算出单个患者的植骨费用为8000元，比较纳米人工骨植骨费用与传统植骨费用，计算出单个患者采用纳米人工骨可节省的治疗费用1000元，根据每年的治疗总例数1800，计算出每年采用纳米人工骨可为患者节省治疗总费用约180万元。
　　结论：
　　1.本课题以缺钙CPC多孔支架为载体材料复合rhBMP-2，实现模型药物的长效缓释给药。可以起到长时间缓释，释放率高，释药平稳，在保护大分子药物的活性上也起到较好的作用。
　　2.复合rhBMP-2缺钙磷酸钙人工骨的动物实验证明了这种新型生物植骨材料对骨缺损修复效果良好，具有操作简便、安全无毒、生物相容性好、任意塑形、能够在体内降解吸收，骨缺损的愈合效果显著，值得推广。
　　3.本研究为纳米人工骨广泛在脊柱畸形矫形术中的应用推广提供了基础。研究过程中建立了脊柱侧凸融合效果的评价标准，建立了脊柱侧凸临床评价标准。本研究对脊柱畸形患者的治疗具有重要的临床应用推广价值，对于其他骨缺损性疾病的治疗、修复也具有广阔的适用范围和良好的应用前景。

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缩略词表

前言

第一部分 复合重组人骨形态发生蛋白2缺钙磷酸钙人工骨支架的制备

一、重组人骨形态发生蛋白2纳米微囊化

第二部分 复合rhBMP-2缺钙磷酸钙人工骨的动物实验

一、实验与方法

二、结果与讨论

第三部分 不同植骨材料应用于青少年特发性脊柱侧凸手术骨融合疗效的对比研究

一、引言

二、资料与方法

三、结果

四、讨论

参考文献

综述:BMP与脊柱外科术后并发症的关系

附录

致谢