结晶度对羟基磷灰石成骨和骨诱导性影响的研究

发布时间：2020-05-21 17:10

【摘要】：羟基磷灰石(HA)具有良好的生物相容性和骨传导性,但经过高温烧结的羟基磷灰石材料由于结晶度高导致可降解性差、成骨效率低,限制了其在骨修复材料中的应用。本研究意在比较不同结晶度的HA的理化性能和生物学性能,通过体外细胞实验筛选出具有良好细胞相容性和促成骨分化能力的HA结晶度,然后制备多孔HA微球支架,通过植入兔背部肌肉内,考察结晶度对羟基磷灰石成骨及骨诱导性的影响。采用化学沉淀法、微波法和煅烧处理制备结晶度从0%~100%梯度变化的羟基磷灰石粉体。随着HA结晶度的增大,HA粉体吸附BSA蛋白的能力逐渐减弱,当HA结晶度升至60%以上时,粉体吸附蛋白的总量不会因为初始蛋白浓度的增加而变化;体外成骨实验发现,小鼠间充质干细胞(mBMSCs)与不同结晶度的HA粉体共培养时,细胞均能很好地黏附和铺展;mBMSCs与结晶度高于60%的HA共培养具有良好的细胞活性和增殖效果,而结晶度为0%和45%的HA可以提高mBMSCs的碱性磷酸酶(ALP)活性和成骨相关基因(ALP、Runx2和OCN)的表达。通过机械搅拌和冷冻干燥法引入琼脂糖(Agarose)制备了不同结晶度的Agarose/HA支架,相对于纯相Agarose支架,粗糙度变大,微孔增多,机械强度更加优异。当支架中HA结晶度度低于45%时,支架孔隙率较大,容易吸附BSA蛋白。在复合支架表面培养兔骨髓间充质干细胞(rBMSCs),rBMSCs与结晶度高于60%的复合支架共培养,细胞活性较好,细胞增殖明显;与结晶度低于45%的复合支架共培养,细胞铺展面积大,ALP活性较高。综合粉体和支架的体外细胞实验的结果,结晶度高于60%的HA粉体,Ca~(2+)离子释放浓度低,细胞活性和增殖效果好;结晶度为45%的HA粉体,早期蛋白吸附量较多,Ca~(2+)离子释放适中,能显著促进干细胞的成骨分化。利用挤出滚圆法制备了不同结晶度的HA微球,通过灌注PLGA,得到不同结晶度的HA多孔微球支架。微球支架具有三维连通大孔结构,孔隙率为35%~41%,抗压强度为6~8MPa。将支架植入兔背部肌肉内,2周无明显降解,4周后0%、45%和60%结晶度的支架中微球少量降解;HE和免疫组化分析显示,2周时支架均会出现大量的炎症细胞,4周后基本消失,其中45%结晶度的微球支架组,4周后出现的新生血管进入支架内部,量多且直径大,支架完全被纤维组织包裹,成血管能力强,诱导成骨潜力大。
【图文】：

骨组织,无机质,有机基质

华南理工大学硕士学位论文骨，富含有机基质，可以有效的缓冲运动过程中的冲击和震动[4,5]。骨骼中的组分除随着所处部位的不同变化之外，在人从幼儿到暮年过程中，各种无机质和有机质占比样会出现较为明显的变化。在幼儿时期，有机基质较多，骨弹性大，，硬度小，不易骨易变形；在成年阶段无机质含量能够增长到 70%，此时骨弹性大，硬度大；时至暮年，机质含量进一步增多，导致骨的韧性进一步减小，骨更脆，易骨折。

X光片

图 1-3 15 周缺损组 X 光片（a）；纯 PLLA 组，5 周(b1)、 10 周(b2)、 15 周(b3)； nHACP 组，5周(c1)、10 周 (c2)、15 周 (c3)；reinforced nHACP 组，5 周(d1)、10 周 (d2)、15 周 (d3)[60]Figure1-3 Radiographs in defect group at 15 weeks after surgery, (a); pure PLLAgroup at 5 weeks (b1), at10 weeks (b2) and 15 weeks (b3); nHACP group at 5 weeks (c1), at 10 weeks (c2) and at 15 weeks (c3);reinforced nHACP group at 5 weeks (d1), at 10 weeks (d2) and 15 weeks (d3)[60]1.5 本课题研究的目的、意义和研究内容1.5.1 研究目的和意义羟基磷灰石具有良好的化学稳定性和生物相容性，它无毒、无刺激、不致过敏反应、无致畸、无致突变、不致溶血、不破坏生物组织，并能与骨形成牢固的结合，是一种优异的人工骨修复材料。然而，经过高温烧结的羟基磷灰石陶瓷结构稳定、可降解性差，植入体内后，仅能与组织在界面上形成化学键结合，新骨形成与降解速率不协调，缺乏
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R318.08;TQ132.32

【参考文献】