可降解镁合金内固定材料的细胞毒性与组织相容性研究

发布时间：2018-02-09 06:48

本文关键词： 镁合金细胞毒性组织相容性　出处：《吉林大学》2012年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：研究背景:人们在生产、生活、运动等过程中经常出现意外受伤的情况，，从而造成不同种类、不同程度的骨折。同时因各种疾病造成的骨组织破坏、骨缺损等随着老龄化社会的到来而日趋严重。这种由疾病、意外事故造成的骨折、骨缺损是临床常见疾病，随着生物医学的发展，促进骨组织修复生物医用材料因广泛的临床需要得到了发展的契机。目前用于临床的生物医用材料主要有生物医用金属材料、生物医用有机材料（主要指有机高分子材料）、生物医用无机非金属材料（主要指生物陶瓷、生物玻璃和碳素材料）以及生物医用复合材料等。医用金属材料在诸多生物材料中,由于具有较高强度、韧性、抗疲劳性、良好的加工性能,更适用于修复和置换人体骨组织。但普通生物医用金属材料在人体环境中电离、电解释放有害离子，或金属材料与骨组织摩擦产生碎屑会有致敏、致癌等毒副作用，甚至因体液腐蚀作用致植入金属材料失效。因此，研发新型的金属基生物植入材料是有必要而且是十分迫切的。生物医学材料的发展要求人类寻求一种与人类骨骼生物性能相近，能够在植入后充分发挥固定功能，并能够促组织修复，加速机体愈合的骨组织修复材料及其他外科手术材料。而当人体完全愈合后，植入的生物材料自动降解，被人体所吸收，不会对机体产生毒副作用。基于以上要求，镁及镁合金的优点日益凸显出来，这是其它金属无法替代的，在新型生物材料领域具有很大的发展空间。与传统金属材料相比，镁合金具有明显优势。首先金属镁资源丰富，容易获得，价格低廉，其次金属镁密度低，仅为1.74g/cm3，与人骨的密度(1.75g/cm3)基本相同。镁的强度、抗疲劳性要比轻基磷灰石等生物材料高得多，而镁与其它常用的金属基植入材料(如钛合金、不锈钢)相比，其弹性模量更接近天然的骨组织，使用镁及其合金作为内固定材料对骨折进行修复的过程中可最大程度地避免植入材料的应力遮挡作用。同时镁还是人体不可缺少的元素，镁离子微量释放对人体有益无害，它能够促进钙和维生素的代谢、人体骨骼生长，同时调节肌肉和神经活动，在机体内充当催化剂的作用。尽管镁及镁合金具有诸多优点，但镁要广泛应用于临床仍需要大量实验，因其缺点同样也会是非常明显的。与钛合金、不锈钢等金属基材料相比，镁材料脆性较大，可塑性、变形性差，在人体体液环境中易于腐蚀、降解，都限制其在临床上大范围应用。在研究人员不断努力下，通过各种方法提高了镁合金的韧性、耐腐蚀性、组织相容性、力学特性等，近几年所开发出来的Mg-Zn，Mg-Ca，Mg-Zn-Mn系合金，在生物医用材料领域表现优异，但是都分别存在某些缺陷，于是开发新型的，能够满足人体内植入要求的镁合金材料势在必行。本文所介绍的Mg-Zn-Ca-Y合金采用具有成骨作用的Ca元素、对人体有益的Zn元素，及增加镁合金耐腐蚀性的稀土元素Y作为合金化元素，通过适当配比，采用传统熔炼锻造技术，制成了新的Mg-Zn-Ca-Y合金。本实验通过对Mg-Zn-Ca-Y合金进行体外细胞毒性试验、体内组织相容性试验对该合金细胞毒性及组织相容性做出初步评价，考察其作为植入性生物医用材料应用于临床的可能性，为发展新一代生物医用材料提供科学依据。目的：本研究对Mg-Zn-Ca-Y合金生物材料的体内、体外生物相容性作初步评价，为改善合金熔炼工艺，制成适用于临床的新型钙、镁、锌、钇合金提供科学依据。方法：将Mg-Zn-Ca-Y合金浸提液与小鼠成纤维细胞（L929细胞）接触培养，通过倒置相差显微镜观察细胞形态，细胞毒性实验量化细胞毒性，计算相对增值率(RGR)，对镁合金细胞毒性进行初步评价。将Mg-Zn-Ca-Y合金材料植入日本大耳白兔骶棘肌肌肉内，观察白兔一般状态、植入点组织情况。1个月后，HE染色后显微镜下观察植入物周边肌肉组织炎性改变情况，3个月、6个月后扫描电镜下观察标本表面纤维膜厚度，对该镁合金在动物体内的生物相容性进行初步评价。结果：Mg-Zn-Ca-Y合金浸提液与小鼠成纤维细胞（L929细胞）接触培养24h、48h、72h，细胞相对增值率（83.2%～103.4%），细胞毒性评级0-1级。阳性组、各浸提液组、阴性对照组细胞相对增值率具有显著统计学差异（P0.05），而阴性组与个浸提液组无显著统计学差异（P0.05）。Mg-Zn-Ca-Y合金标本植入日本大耳白兔骶棘肌肌肉内，切口无红肿及分泌物。1个月标本周围组织形成纤维膜包绕标本，标本无明显降解，有表面氧化并变黑，周围无气泡产生，光洁度良好。光镜观察伪膜厚度0.4mm。3个月标本有表面氧化，色黑；未见明显产气及过度降解，表面仍光滑。电镜结果：纤维膜切面厚度149μm。6个月标本表面氧化，发黑，开始降解，无产气，标本表面光洁度尚可。电镜结果：分别选取标本不同部位电镜观察，结果均符合要求，小于30μm。结论：Mg-Zn-Ca-Y合金无细胞毒性，具有良好的体内组织相容性，初步试验证实符合医用镁合金材料要求。
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【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：R318.08

【参考文献】