仿生BCP组织工程骨块重建股骨头骨缺损区的实验研究

摘要

股骨头缺血性坏死(Avascularnecrosisofthefemoralhead，ANFH)是骨科临床上常见的一种难治性疾病，多见于中青年。尽管治疗ANFH的方法很多，但仍有相当一部分病例疗效欠佳，股骨头继续塌陷，最终导致患髋功能丧失。随着组织工程技术的出现、发展和不断进步，以及生物力学研究的深入，为ANFH的治疗带来契机。本研究依据生物力学的研究成果，从组织工程角度出发，利用仿生技术制备骨组织工程支架，在体外构建骨组织工程骨块，同时建立股骨头骨缺损模型，将构建的组织工程骨块植入骨缺损内，为组织工程技术重建股骨头骨缺损进行初步尝试和探索性实验研究。 目的:一、观察不同结构的松质骨块填充股骨头负重区骨缺损后对股骨近段生物力学性能的影响； 二、对犬股骨头和ANFH松质骨样本的骨小梁结构进行三维重建分析，了解其在不同区域内的空间分布特征； 三、利用计算机三维凝胶叠层系统制备出小梁结构具有一定取向性的仿生BCP支架，并对BCP支架进行评测； 四、筛选种子细胞，在体外构建仿生BCP骨组织工程骨块，通过动物实验确定组织工程骨块其重建股骨头骨缺损的可能性。 材料和方法:一、在股骨头主要负重区制备定制大小(φ14mm×20mm、φ20mm×20mm、φ20mm×30mm)的骨缺损，模拟单腿站立相进行离体生物力学测试，观察骨缺损程度对股骨近段整体刚度和股骨头颈结合部的应变变化值的影响；在φ20mm×30mm骨缺损内分别进行异体股骨头骨块植入、异体股骨髁骨块植入和松质骨粒打压植入，观察不同骨块植入后对股骨近段力学性能的影响；通过有限元分析模拟的方法，重复上述过程，观察不同骨缺损以及填充不同弹性模量的材料后对股骨头内的应力分布的影响； 二、采用组织学切片的方法对犬股骨头松质骨样本的骨小梁结构进行三维重建和空间结构分析；采用新近出现的Micro-CT对ANFH样本进行检测，分区域对其小梁结构进行三维重建和评测； 三、在犬股骨头松质骨样本二维图像的基础上，利用计算机三维凝胶叠层系统制备出小梁结构具有一定取向性的仿生BCP支架，利用Micro-CT对仿生BCP支架的空间结构进行评测；通过细胞在支架表面的生长情况观察BCP支架的细胞相容性； 四、选取MSCs作为仿生BCP支架的种子细胞，对其成骨功能进行鉴定，在体外构建仿生BCP骨组织工程骨块；在犬股骨头主要负重区制备股骨头骨缺损，植入体外构建的骨组织工程骨块，通过动物实验和压凹试验观察组织工程骨块植入后的效果。 结论:一、对于股骨头负重区的骨缺损，要想使股骨头的内部应力恢复至正常，必需对骨缺损进行结构性植骨，并尽快实现与周围骨质的整合，植入材料的弹性模量应该与受区的弹性模量接近； 二、犬股骨头松质骨样本的空间结构随着部位的不同而呈现不同特征，可能与局部的应力分布有适应关系；骨坏死样本的骨小梁空间结构发生明显的区域性变化； 三、制备的多孔取向性仿生BCP支架具有与犬股骨头松质骨样本类似的空间结构和良好的细胞相容性，具有一定的初始力学强度，轴向弹性模量与松质骨样本接近； 四、仿生BCP支架复合MSCs植入犬股骨头骨缺损后，能够在一定程度上防止了股骨头的塌陷，恢复股骨头的力学强度。

目录

英文缩略词

摘要

前言

第一部分不同结构松质骨填充股骨头骨缺损的生物力学研究

前言

实验一不同结构的松质骨填充股骨头骨缺损的生物力学实验观察

材料与方法

结果

讨论

小结

实验二不同结构的松质骨填充股骨头骨缺损的有限元分析

材料与方法

结果

讨论

小结

参考文献

第二部分股骨头松质骨空间结构特性的研究

前言

实验一正常股骨头松质骨样本空间结构的三维分析

材料和方法

结果

讨论

小结

前言

材料和方法

结果

讨论

小结

参考文献

第三部分取向性仿生BCP的制备与相关评价

前言

实验一取向性仿生BCP生物陶瓷支架的制备

材料和方法

结果

讨论

小结

实验二仿生BCP支架空间结构的Micro-CT评估

材料和方法

结果

讨论

小结

实验三仿生BCP支架的细胞相容性观察

材料和方法

结果

讨论

小结

参考文献

第四部分仿生BCP支架复合MSCS重建股骨头骨缺损区的初步实验研究

前言

实验一骨髓基质细胞的分离、培养和组织工程骨块的构建

材料与方法

结果

讨论

结论

实验二仿生BCP组织工程支架重建犬股骨头骨缺损的实验观察

材料和方法

结果

讨论

小结

实验三仿生BCP组织工程支架植入犬股骨头骨缺损后的生物力学观察

材料和方法

结果

讨论

小结

参考文献

总结与展望

综述一ANFH坏死灶的测量方法以及病灶部位和大小对ANFH预后的影响

综述四Micro-CT在松质骨结构研究中的应用

攻读学位期间发表文章情况

致谢