新型锌离子缓释型羟基磷灰石涂层的骨整合实验研究

摘要

近30年来，骨科手术的发展主要体现在以下两个方面:外科技术的发展以及植入材料的进步。骨科内植入材料在临床治疗中具有重要的意义，是多种治疗策略的实施载体。人工关节置换术已成为重建关节功能的标准技术之一，而内固定手术也已成为高能量骨科创伤的主要选择。在这些广泛开展的临床骨科诊疗技术中，金属内植入材料均被广泛地应用。然而金属材料具有典型的生物惰性，与宿主骨之间难以形成紧密的骨整合。由此产生了通过涂层对金属材料表面进行一定改性的技术，通过涂层技术使得金属材料表面具有一定的生物活性，诱导材料表面的直接成骨，最终达到植入物与宿主骨之间的长期力学稳定。目前羟基磷灰石(HA)涂层已广泛应用于临床，取得了良好的疗效。但HA涂层在体内易溶解，成骨活性底，其骨整合速度较慢，另一方面锌离子能促进成骨细胞的增殖和分化，具有成骨活性。本研究拟通过溶胶凝胶法，将磷酸三钙(TCP)作为锌离子的载体引入FHA涂层材料中，从而改善材料的骨整合。
　　 本研究首先采用共沉积无定形磷酸钙前躯体的形式在低温下晶化制备纳米尺寸的含有Zn离子的TCP颗粒，并通过溶胶凝胶法将ZnTCP颗粒引入含氟的HA涂层中，最终制备了ZnTCP/FHA涂层材料。通过改变ZnTCP添加量及ZnTCP颗粒中的Zn含量两种方法来控制涂层中的Zn含量。对该种材料进行电镜观察以及 Zn离子缓释实验研究，结果显示Zn含量为6.2 wt％涂层具有最佳的Zn离子缓释特性。
　　 其次，我们对制备的ZnTCP/FHA涂层材料与MG63细胞一起进行体外细胞培养实验。以MTT法检测材料表面的粘附细胞数量，以及细胞增殖情况，并对材料表面的细胞生长进行扫描电镜观察。结果显示ZnTCP/FHA涂层材料与传统的FHA涂层材料相比，其表面粘附有更多的成骨样细胞，并且细胞增殖迅速，成骨细胞活性较高。采用铁氰化钾法检测材料上细胞的碱性磷酸酶（ALP）活性，并通过逆转录-聚合酶链反应检测细胞的Ⅰ型胶原及骨钙素的基因表达。结果显示ZnTCP/FHA涂层材料表面的细胞较FHA涂层材料分泌更多的ALP，其Ⅰ型胶原及骨钙素的表达也处于较高水平。ZnTCP/FHA涂层材料在体外研究中显示了更好的生物相容性及成骨活性。
　　 最终，我们将ZnTCP/FHA涂层材料植入新西兰大耳白兔胫骨内，术后10周及术后11周在兔子皮下注射盐酸四环素进行荧光标记。术后12周处死动物。对标本进行生物力学检测，ZnTCP/FHA组具有更高的抗拔出力。对标本进行硬组织切片后在荧光显微镜下观察，进行HE染色后行光镜观察。荧光观察显示ZnTCP/FHA涂层材料及FHA涂层材料表面骨小梁内部有很多清晰的双标线，说明成骨旺盛。HE染色观察发现ZnTCP/FHA涂层材料组钛板周围成骨最为旺盛，骨组织与钛板结合紧密，并且连续分布，骨组织内可见较多的骨细胞和哈弗氏系统。体内实验显示ZnTCP/FHA涂层材料与宿主骨有更好的结合，与传统材料相比具有材料表面成骨更为迅速，表面骨整合更为完全的优点。
　　 本研究表明新型缓释锌离子羟基磷灰石涂层材料在体内及体外实验中均表现了良好的生物相容性，与传统涂层材料相比具有更高的骨整合性，提示其具有一定的临床应用价值和开发前景。

目录

声明

致谢

摘要

缩略语

插图和附表清单

1 绪论

1．1 引言

1．2 羟基磷灰石涂层的骨整合活性

1．3 锌离子的骨诱导活性

1．4 涂层活性的评价

1．5 研究设计及内容

2 ZnTCP／FHA涂层的制备与表征

2．1 绪论

2．2 实验材料和方法

2．3 结果

2．4 讨论

2．5 小结

3 ZnTCP／FHA涂层的生物相容性及成骨分化研究

3．1 ZnTCP／FHA涂层的生物相容性研究

3．2 ZnTCP／FHA涂层的成骨分化研究

3．3 讨论

3．4 小结

4 ZnTCP／FHA涂层材料的体内实验研究

4．1 引言

4．2 材料与方法

4．3 结果

4．4 讨论

4．5 小结

5 结论

参考文献

生物活性涂层技术进展

作者简历及在学期间所取得的科研成果