新型含铈硫酸钙羟基磷灰石骨替代材料的成骨、调控巨噬细胞极化相关实验研究

发布时间：2020-07-07 18:18

【摘要】：研究背景治疗大段骨缺损是创伤骨科医生频繁面对的一大难题。其治疗方法包括自体骨移植,同种异体骨及骨替代修复材料等。目前临床上应用的骨组织修复材料在体内的降解速度快,成骨诱导能力差,力学支撑不够等缺点。本实验对硫酸钙性能进行优化,掺入稀土元素铈,增加材料的骨诱导作用,将含铈硫酸钙与羟基磷灰石复合制备含铈α-半水硫酸钙羟基磷灰石复合材料,以增加硫酸钙的机械强度,延缓降解速率,以期为临床治疗大段骨缺损提供一种新的策略。研究方法1.Ce-α-CSH/HA的制备、物理表征及体外模拟降解实验采用共沉淀法及水热法制备Ce-α-CSH/HA。对复合材料行X射线衍射(XRD)分析复合材料的物相构成及晶体结构,傅里叶红外光谱分析(FTIR)材料的化学基团,扫描电镜观察(SEM)材料的表面形貌。材料浸泡于降解液中模拟体外降解,计算材料降解率,测量降解液中铈及钙离子浓度,SEM观察表面结构变化。2.Ce-CSH/HA对骨髓间充质干细胞的成骨分化、巨噬细胞极化的影响不同浓度的Ce-CSH/HA复合材料浸提液与大鼠骨髓间充质干细胞(BMSC)共培养,浸提液处理7天后,对成骨标志基因(ALP、Runx2、BSP、OCN、OST)的表达量进行检测;14天及21天后分别行茜素红、Von Kossa染色以了解材料浸提液对BMSC矿化功能的影响。用复合材料浸提液处理小鼠原代巨噬细胞,CCK8法检测其对巨噬细胞增殖的影响;浸提液处理3大后对表型基因(CD86、CD206、Argine),炎症因子(IL-1、IL-18、TNF-α、IL-1 α)及促血管基因(PDGF-BB、VEGF)的表达量进行检测。3.Ce-CSH/HA复合材料对大鼠临界骨缺损的修复作用将5%Ce-CSH/HA和CSH/HA复合材料植入大鼠胫骨骨缺损,4周后取材行EMCN、CD31免疫荧光双染,以了解骨缺损处的血管形成情况。8周取材后行HE及Goldner染色,观察骨缺损处新生骨的形成情况。实验结果1.本实验成功合成新型复合材料。XRD、FTIR结果证实铈元素及羟基磷灰石的掺入并未影响硫酸钙的晶体结构;SEM观察到Ce-CSH/HA复合材料的颗粒直径变小。CSH/HA组降解率明显快于Ce-CSH/HA组,硫酸钙在4周左右大部分降解,释放的铈离子及钙离子也在第4周达到最大。2.与CSH/HA组相比,Ce-CSH/HA更能促进ALP、Runx2因的表达,其差异具有统计学意义。同时,后者对BMSC矿化功能的促进作用更明显。Ce-CSH/HA不影响巨噬细胞的增殖,能够诱导巨噬细胞向M2型极化,抑制炎性因子的表达,促进促血管因子PDGF-BB的表达。3.组织学染色证实Ce-CSH/HA的体内降解速率减缓,促新生骨形成作用更明显;同时通过促进H型血管的形成促进骨愈合。实验结论1.新型Ce-CSH/HA复合材料降解速度延缓,降解过程中释放的铈离子促进骨的形成;2.Ce-CSH/HA复合材料上调了骨髓间充质干细胞成骨标志基因的表达,对其体外矿化功能也有一定的促进作用。诱导巨噬细胞向M2型极化,抑制炎性因子并促进促血管因子的表达。3.Ce-CSH/HA复合材料促进体内骨缺损的修复;同时通过促进缺损内血管形成协同促进骨愈合。
【学位授予单位】：南方医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R68;R318.08
【图文】：

傅里叶红外光谱,复合材料,短圆柱

Ｆｉｇｕｒｅ邋１－１邋Ｔｈｅ邋ＸＲＤ邋（ａ）邋ａｎｄ邋ＦＴＩＲ邋（ｂ）邋ａｎａｌｉｓｉｓ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ邋ｃｅｍｅｎｔ逡逑２．２复合材料降解前后表面电镜观察逡逑复合材料Ｃｅ－ａ－ＣＳＨ／ＨＡ及单纯ａ－ＣＳＨ／ＨＡ的电镜结果如图１－２所示。降解逡逑前，ａ－ＣＳＨ／ＨＡ的电镜显示其具有短圆柱状形态，夹杂着针状或者薄片状的硫酸逡逑钙和羟基磷灰石，而随着铈元素的掺入，这种颗粒出现较高的聚集趋势，使得逡逑颗粒尺寸逐渐减小，元素铈的浓度越高，颗粒聚集越明显，其原因在于掺杂元逡逑素铈后复合材料会形成团聚体，但颗粒之间的间隙仍然十分明显。经过模拟体逡逑液降解４周后，单纯ａ－ＣＳＨ／ＨＡ短圆柱状结构难以见到，残余材料相互融合，逡逑降解的硫酸钙及羟基磷灰石形成大量的磷灰石样物质沉积于材料表面，而逡逑Ｃｅ－ａ－ＣＳＨ／ＨＡ复合材料表面附着的沉淀物质更多，材料空隙较降解前有所降低。逡逑１０逡逑

复合材料,降解率,纯硫酸,硫酸钙

Ｆｉｇｕｒｅ邋１－２邋Ｔｈｅ邋ＳＥＭ邋ａｎａｌｙｓｉｓ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ邋ｃｅｍｅｎｔ邋ｂｅｆｏｒｅ邋ａｎｄ邋ａｆｔｅｒ邋ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ逡逑２．３材料的体外降解实验逡逑不同含铈量复合材料及纯硫酸钙羟基磷灰石降解率变化如图１－３所示，可以逡逑看出，纯硫酸钙羟基磷灰石在第１周到第４周降解率成直线上升，第４周降解逡逑率达到最大值，之后降解率基本维持稳定在５０％左右，其原因在于纯硫酸钙羟逡逑基磷灰石复合材料中硫酸钙质量比为４０°／。，该部分硫酸钙降解速度快，４周左右逡逑硫酸钙大部分降解，剩余的羟基磷灰石降解速率缓慢，使得复合材料降解率在４逡逑周以后变化不大。当掺入铈元素，从５％和１０％Ｃｅ－ＣＳＨ／ＨＡ复合材料的降解曲逡逑线可以看出其降解率在１－８周成缓慢降解的趋势，表１－１、１－２反应了每组材料逡逑各周的降解率，从表中可以得知Ｃｅ－ＣＳＨ／ＨＡ复合材料降解率在每周均低于逡逑ＣＳＨ／ＨＡ复合材料

曲线,铈离子,羟基磷灰石,纯硫酸

２．４降解液中铈离子浓度测定逡逑两种浓度的含铈半水硫酸钙羟基磷灰石复合材料体外降解液中铈离子浓度逡逑如图１－４所示，经过８周的降解，从复合材料中释放的铈离子浓度较低，反应出逡逑铈离子取代钙离子后与硫酸根离子结合较为紧密，不容易释放，此外还可以看逡逑出在第１到３周降解过程中，铈离子释放速率较快，其原因在于复合材料中硫逡逑酸钙在此阶段快速降解，引起铈离子释放，硫酸钙在４周左右已经降解大部分，逡逑剩余的羟基磷灰石不含有铈离子，因此降解４周后，铈离子在更低浓度水平少逡逑量持续释放。逡逑．？ｎｃ逦－＊－５％Ｃｅ＊ＣＳＨ／ＨＡ逡逑Ｕ．ＵＵＯ逡逑？－＾－１０％Ｃｅ－ＣＳＨ／ＨＡ逡逑。０．００４逦．逡逑１邋删邋＿逡逑Ｉ邋0邋0０２邋■逡逑？邋0．00１邋．邋９—４逡逑０．０００邋逦？逦？逦＇逦＇逦？逦？逦＇逦？逡逑１Ｗ邋２Ｗ邋３Ｗ邋４Ｗ邋５Ｗ邋６Ｗ邋７Ｗ邋８Ｗ逡逑图１－４不同含铈量复合材料体外降解液中铈离子浓度逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－４邋Ｔｈｅ邋ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋Ｃｅ邋ｉｏｎｓ邋ｉｎ邋ｔｈｅ邋ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ邋ｓｏｌｕｔｉｏｎ逡逑１３逡逑

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