一种新型富氧温敏型水凝胶的构建及促进兔股骨髁骨缺损修复的实验研究

发布时间：2020-09-16 16:19

　　骨缺损是指骨折、骨不连、先天畸形、异体骨移植吸收或其它医源性损伤导致的骨质两断端间骨丢失,且可能引起骨、关节甚至周围软组织发生病理性改变继而形成躯体器质性或功能性障碍的一类疾病。现代社会随着人们活动节奏的增速、生活空间的扩展,交通速度日益加快、工程建设日渐增速,各种事故频发,使得高性能损伤导致的骨缺损疾病成为一个严重的社会问题,加之由于感染、肿瘤切除等原因使得骨缺损患者愈来愈多,若骨缺损得不到及时而有效的治疗,极易导致骨不连或骨不愈合,遗留终身残疾。由此可见骨缺损的治疗已成为骨科领域的一个棘手问题。导致骨缺损不愈合的一个重要原因是骨损伤后局部的缺血、缺氧。有研究表明:骨损伤导致血流中断后,损伤中央部位氧分压可以降低至0%-2%,且骨的再生过程是一个需要大量氧分和营养物质的过程,骨髓缺氧可导致微环境改变、骨代谢异常,长期缺氧还可导致“修复细胞”的死亡。因此,维持骨组织损伤后的氧稳态,使损伤局部的氧浓度在特定的范围内波动,对于促进骨再生和愈合至关重要,其中及时有效的复氧已经被认为是关键的一步。应用骨组织工程技术构建一种富氧材料填充于骨缺损处,可能会改善骨损伤局部早期低氧环境,提高残存细胞的存活率及“修复细胞”的活性,从而促进骨缺损的愈合。本实验以温敏型壳聚糖水凝胶为载体复合富氧剂—“潘氟隆”,构建了一种新型富氧温敏型水凝胶,通过实验检测其理化、生物性质及促进骨缺损愈合的效果,并探讨其机制。第一部分富氧温敏型水凝胶的构建与评价目的:制备并检测这种新型富氧温敏型水凝胶的理化性质、释氧能力及生物学性能,并筛选出最佳富氧剂的配比浓度。方法:构建制备出潘氟隆浓度为5%和10%的两种富氧温敏型水凝胶,检测其37℃时的成胶时间、p H值及释氧能力并筛选出最优潘氟隆浓度的配比方案,从而进一步对最优配比的富氧水凝胶材料进行超微结构、血液毒性、生物相容性和降解性检测。结果:两种潘氟隆浓度的富氧温敏型水凝胶在37℃环境中成胶时间均约为4.5分钟,无明显统计学差异(P0.05),且其p H值接近中性,两组无明显统计学差异(P0.05);潘氟隆浓度为10%的富氧水凝胶其放氧量更大、放氧速率更快,较5%的富氧水凝胶具有更好的释氧性能,两者差异有统计学意义(P0.01),但二者放氧持续时间相同,约持续7天,故结合上述实验结果,后续检测试验采用释氧性能更好的潘氟隆浓度为10%的富氧水凝胶进行;潘氟隆浓度为10%的富氧水凝胶的微观结构呈多孔三维立体网状构架(孔径约为100-200μm),纤维纵横交错,孔径致密;且其浸提液无血液毒性,未导致红细胞破裂;肌肉包埋实验显示潘氟隆浓度为10%的富氧水凝胶未导致组织坏死且在6周时几乎完全代谢清除。结论:本部分实验制备的新型富氧温敏型水凝胶具有良好的理化性质,且10%潘氟隆浓度的富氧水凝胶释氧性能更好,具有多孔网状微观结构,与组织相容性好,无刺激性及毒副作用,可在体内逐渐代谢清除。这种潘氟隆浓度为10%的新型富氧温敏型水凝胶可作为骨组织工程支架材料进行进一步研究。第二部分富氧温敏型水凝胶修复兔股骨髁骨缺损的实验研究目的:检测并探讨潘氟隆浓度为10%的富氧温敏型水凝胶促进兔股骨髁骨缺损模型修复的效果及原因。方法:构建兔股骨髁骨缺损模型,将含有富氧剂潘氟隆且充氧的富氧温敏型水凝胶填充于骨缺损处作为实验组;含有富氧剂潘氟隆但未充氧的无氧温敏型水凝胶填充于骨缺损处作为对照组;对骨缺损模型不填充任何材料组作为空白组。分别于术后第4、6、8、12周取材并观察骨缺损大体修复情况,行X线、Micro-CT、组织病理学检测,比较三组之间的修复效果。结果:骨缺损大体修复及X光、Micro-CT影像、组织病理学检测结果均显示,每个取材时间点的实验组修复效果最好、对照组次之、空白组最差,且在12周时实验组与对照组骨缺损均已被新骨完全填充、皮质愈合,但实验组新生骨质成熟度优于对照组,空白组仍存在明显骨缺损。Micro-CT计数资料显示,在骨密度(TMD)、骨体积分数(BVF)、骨小梁厚度(Tb.Th)、骨小梁数量(Tb.N)方面,三组样本在第4、6、8、12周4个时间点中,每个时间点的三组样本均具有统计学差异(P0.05),且实验组对照组空白组。在结构模型指数(SMI)方面,第4周和第6周时三组数据间均无明显的统计学差异(P0.05)且三组新生骨小梁均为幼稚杆状形态;在第8周和第12周时,每个时间点的三组数据均存在显著的统计学差异(P0.05),且空白组新生骨小梁仍然呈幼稚杆状,而对照组与实验组新生骨小梁更多呈成熟板状,但实验组优于对照组。骨缺损修复区域新生微血管计数显示在第4、6、8、12周4个时间点中,每个时间点的三组样本均具有统计学差异(P0.05),且实验组新生血管生成早、数量多,对照组次之,空白组最少。结论:本实验筛选并制备的潘氟隆浓度为10%的新型富氧温敏型水凝胶能够促进兔股骨髁骨缺损模型的修复,是一种具有进一步研究价值的骨组织工程支架材料。
【学位单位】：承德医学院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：R687

【参考文献】