新型可膨胀PMMA骨水泥的研发及其理化性质及生物相容性研究

发布时间：2017-10-16 13:38

  本文关键词：新型可膨胀PMMA骨水泥的研发及其理化性质及生物相容性研究

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【摘要】：随着人口老年化不断发展,以骨量降低、小梁结构退化为特征的骨质疏松症(osteoporosis,OP)发病率不断升高。OP患者最常出现椎体压缩性骨折(osteoporotic vertebral compression fractures,OVCFs),不仅引起剧烈腰背疼痛的症状,降低患者的生活质量,还可导致椎体高度下降,形成脊柱后凸畸形,严重影响患者心肺功能,增加患者的死亡率。椎体成形术(Vertebroplasty,VP)能够显著减轻患者疼痛、部分恢复椎体高度、避免后凸畸形加重而成为OVCFs的主要治疗术式。目前,VP术中主要采用聚甲基丙烯酸甲酯(poly methyl methacrylate,PMMA)骨水泥,但研究发现,PMMA在聚合过程中会产生3.82%~7.08%的体积收缩,而收缩过程中产生的残余应力会导致骨水泥界面产生微裂隙,进而影响强化椎体的长期稳定性及力学性能。同时,PMMA骨水泥还存在着弹性模量过高、聚合过程急剧放热、不可吸收等诸多缺陷,这也被认为是导致椎体临近节段再骨折,神经灼伤甚至骨坏死的主要原因。能否研发一种具有吸水自膨胀特性、低弹性模量的新型骨水泥是生物材料研发领域的热点之一。本研究借鉴工程建筑学中采用添加膨胀材料克服工业骨水泥凝固收缩的原理,拟用吸水树脂聚丙烯酸(ploy acrylic acid,PAA)与PMMA骨水泥(PMMA bone cement,PBC)进行固态共混改性,进而获得一种具有自膨胀、足够力学强度、较低弹性模量、无急剧放热过程的新型骨水泥材料,并对其进行理化性质、生物力学特性及生物相容性进行分析,以期获得一种新型的、用于椎体强化的骨修复重建材料。研究目的:研发一种新型吸水自膨胀的PMMA骨水泥,并分析其理化性质、生物力学特征及其生物相容性,进而评估其临床应用的前景。研究方法:以PAA改性PMMA,进而研发一种具有膨胀特性的骨水泥材料(expandable bone cement,EBC)。通过测定EBC的膨胀倍率评价骨水泥的膨胀性能;根据骨水泥测试标准(ISO5833-2002)测定聚合温度、面团时间、凝固时间等指标评价EBC的理化性质;采用扫描电镜及显微CT观察EBC材料PAA-PMMA结合界面与内部三维结构;通过挤入实验评价EBC的可注射性;通过压缩实验测定EBC的压缩强度及弹性模量等生物力学的特征;同时,用含有EBC及PBC浸提液的培养基培养成骨细胞,CCK-8测定EBC的细胞毒性作用评价EBC的生物相容性。研究结果:(1)EBC在模拟体液中浸泡24h吸液平衡后能够实现8.80%的体积膨胀。EBC的聚合温度仅为51.7℃,显著低于PBC(P0.05),且适宜注射的面团时间显著延长(P0.05),两者的凝固时间无显著差异(P0.05)。(2)扫描电镜观察显示改性材料PAA与PMMA可相互共存,且在EBC凝固后仍具备吸水膨胀的功能。同时显微CT扫描可见PAA能够在PMMA中均匀分布,保证了EBC能够在注射过程中吸水均匀膨胀。(3)EBC及PBC在模具中挤入长度分别为4.27±0.12mm、5.04±1.44mm,两者之间无统计学差异(P0.05)。(4)在经PAA改性后,EBC的压缩强度及弹性模量分别为36.15±11.19MPa和849.26±324.47MPa,均低于PBC材料(P0.05),但明显高于正常椎体松质骨。(5)CCK-8细胞毒性实验显示,PBC与EBC组之间相对吸光度无统计学差异。结论:新型EBC具有良好的遇水膨胀性能,能够有效克服PBC凝固收缩的缺陷。该材料具有较低的聚合温度及较长的面团时间及较好的可注射性,同时EBC的弹性模量更加接近人体松质骨,可降低临近节段再次骨折的风险,且与PBC相似,EBC具有较好的生物相容性。
【关键词】：膨胀骨水泥 聚甲基丙烯酸甲酯 聚丙烯酸 脊柱 骨质疏松 椎体骨折
【学位授予单位】：第四军医大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R687.3;R318.08
【目录】：

• 缩略语表5-6
• 中文摘要6-8
• ABSTRACT8-11
• 前言11-12
• 文献回顾12-24
• 一、骨质疏松椎体压缩性骨折12-13
• 二、椎体压缩性骨折的治疗13-15
• 三、骨填充材料15-18
• 四、PMMA 体积收缩及吸水改善的研究进展18-24
• 实验一 新型可膨胀PMMA骨水泥的研发及其理化性质测定24-40
• 1 材料24-26
• 1.1 实验材料24
• 1.2 仪器设备24-25
• 1.3 模拟体液配制25-26
• 2 方法26-31
• 2.1 材料制备26-27
• 2.2 理化性质测定27-29
• 2.3 材料结构观察29-30
• 2.4 可挤入度30-31
• 2.5 统计学分析31
• 3 结果31-34
• 3.1 膨胀倍率及理化性质31-33
• 3.2 材料结构观察33-34
• 3.3 可挤入度34
• 4 讨论34-40
• 实验二 新型可膨胀PMMA骨水泥的生物力学性能及生物相容性研究40-54
• 1 材料40-41
• 1.1 实验材料40
• 1.2 仪器设备40-41
• 1.3 工作溶液配制41
• 2 方法41-45
• 2.1 生物力学41-43
• 2.2 生物相容性43-45
• 2.3 统计学分析45
• 3 结果45-49
• 3.1 生物力学45-47
• 3.2 生物相容性47-49
• 4 讨论49-54
• 小结54-55
• 参考文献55-64
• 个人简历和研究成果64-66
• 致谢66-67

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 马斐;程冬炳;王颖;余响林;杨君;余训民;;聚丙烯酸类高吸水性树脂的合成及吸水机理研究进展[J];武汉工程大学学报;2011年01期

2 郑召民;邝冠明;董智勇;李佛保;万勇;;球囊骨扩张器与Sky骨扩张器在经皮椎体后凸成形术中应用的比较研究[J];中华外科杂志;2006年24期

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本文编号：1042985