股骨头坏死再生修复与可控微结构生物陶瓷研究

发布时间：2020-04-09 15:57

【摘要】：股骨头无菌性坏死的治疗是现代骨科面临重大难题。该疾病是多种因素引发的股骨头微循环障碍,从静脉淤滞发展成动脉淤堵,形成缺血性骨坏死,导致患肢疼痛,甚至致残。目前主要临床解决方案为关节置换,但产品寿命期有限,创伤较大,只适用于晚期患者。而骨填充物,尤其是人工合成的生物陶瓷,早就在二十世纪广泛被骨科临床接受。随着研究和工艺的发展,学者们意识到优化的材料结构可引导骨组织生长,同时也能促进缺损内的血管化。本论文希望通过调控多孔生物陶瓷的微结构将股骨粗隆部丰富血运引导至坏死区,从而促进骨再生,达到重建血供和修复骨坏死的效果;同时研发具有实用价值的生物陶瓷棒产品及配套的手术器械,实现微创保髋治疗股骨头无菌性坏死,服务于临床。本研究开发出一套可完全控制β-磷酸三钙生物陶瓷多孔结构的生产工艺。利用三维堆积有机模板技术,将β-TCP浆液灌注其中形成坯体,经排胶和烧结形成陶瓷。制备出不同孔径(300-700μm)和内连接径(70-200μm)的可控微结构多孔生物陶瓷。为提高材料力学性能,通过模板尺度的可控分布,形成两种仿生结构增强型生物陶瓷(边缘增强型和芯部增强型)。通过上述方法可以精确控制材料内部孔结构的尺寸。研究结果显示通过芯部增强方法可以将多孔陶瓷的压缩强度从2.14MPa提升到11.88MPa,达到一定的支撑作用。进一步对多孔陶瓷进行了生物学评价,通过体外和体内实验观察不同结构对材料与细胞的复合及细胞增殖、血管化(管径,数量)和成骨性能的影响。通过体外研究发现孔径500-600μm,内连接径120μm的多孔结构材料的细胞增殖率最高。体内种植实验结果显示孔径400-600μm,内连接径120μm的样品最有利于促进血管新生和新骨形成。因此选择孔径400-600μm,内连接径120μm作为最佳结构参数的芯部增强型多孔β-TCP生物陶瓷棒进行了前期临床应用的探索实验。本研究同时设计了一套微创治疗股骨头无菌性坏死的方案。该方案操作时间短,临床推广性强,临床探索实验案例显示患者股骨头形态正常,关节功能良好,疾病没有复发,充分证实了技术的有效性。综上所述,本研究创立了一种新型微创治疗股骨头无菌性坏死的生物活性陶瓷植入物及配套手术技术。研究证明了可控微结构多孔材料的组织引导性能,同时也验证了通过致密和多孔结构的结合可增加材料的力学性能。增强型多孔生物陶瓷棒不仅能将股骨粗隆部的血供引入坏死区,同时还解决了传统骨内减压带来的力学支撑问题。配套器械使整个手术的创伤和时间也大大减少。3年临床结果非常理想,给患者和医者提供一个很有潜力的治疗方法。
【图文】：

股骨头,支持带,股骨颈,圆韧带

医师Cooper[4]早在1823年就指出了股骨头血管对于股骨颈骨折修复的重要性（图1-1）。他发现股骨头血供系统由股骨颈的血管和圆韧带的血管组成，因此，股骨颈骨折后会损伤该部分的血管，而单纯依靠圆韧带的血供难以维持骨修复所需。此后，股骨近段（股骨头和股骨颈）的血供成为了髋关节修复的研究热点。1943 年，Wolcott[5]对旋股内侧动脉、圆韧带血管、股骨干滋养血管的分布及其吻合进行了研究。Trueta[6]指出骺外侧动脉供应股骨头 80%的血液，，成为股骨头主要供应动脉。同时他还对骺内侧动脉、骺外侧动脉、干骺端上下动脉等动脉分支及其吻合情况做了清楚的描述。Crock 等[7]建议将干骺端动脉细化命名为颈升动脉分支，包括前、后、上、下颈升动脉。关于股骨颈表面支持带血管的研究相对来进展较为缓慢，长期以来，其功能和意义也未受到足够重视。直到1949 年 Tucker[8]首次提出支持带动脉的概念，支持带血管的研究才逐渐展开。Gojda 等[9]对股骨颈支持带的解剖学分布情况

示意图,多孔陶瓷,情况,支架

华南理工大学博士学位论文1.2.2 多孔结构的控制制作方式加入有机溶剂后 PMMA 制孔剂颗粒因表面溶解逐步融合在一起，导致支架的体积和尺寸变化。通过栓体下沉的连续监控可导出形成的接触面积，也就是烧结后多孔陶瓷的内连接。根据其参数可预定支架下沉参数，在操作过程中达到预定值取出支架终止溶解反应。图 2-3 为显示本方法的有机支架和陶瓷烧结的收缩情况，其中 org为 PMMA 制孔剂颗粒支架的收缩量 (μm)， fri为陶瓷烧结后的收缩率 (%)；
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R681.8;R318.08

【参考文献】