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快速成型技术制备不同成份配比仿生骨实验研究

孙启明

  随着现代战争中高速、高能武器的大量使用,以及地震、风暴等自然灾害和交通、建筑、工矿业事故的频繁发生,四肢复杂骨折所占的比例越来越高,常导致严重的骨缺损——特别是大段骨缺损,大大增加救治难度。伤残率高,伤残时间长,后期治疗困难。治疗骨缺损最有效的手段是骨移植,传统经典的方法是自体骨移植,其操作及运用原则已经成所谓“金标准”(Gold Standard),同时,异体骨和异种骨移植也得到广泛使用;在实际应用中,它们各自的一些缺点,如来源有限、供区并发症、免疫排斥反应,感染和传播HIV和肝炎等疾病的潜在风险、以及制备、贮存和处理的成本很高,限制了它们的运用;近年来研究重点放在人工骨移植替代材料上,开发了一系列的人工骨材料,包括改性的天然材料、生物陶瓷、高分子材料等,但都不同程度存在着生物相容性、力学性能、降解性等方面的缺陷,至今未能广泛应用于临床骨缺损的治疗。第四军医大学博十学位论文仿生骨的制备研究一直是骨组织工程中的一个重要领域。其新趋势是将两种或两种以上具有互补特性的生物可降解材料,按一定方式和配比复合,以期构建出满足骨组织工程要求的支架材料。用于修复骨缺损的复合支架材料,除满足良好的生物相容性和一定的力学强度外,还应具有与新骨形成相匹配的降解速度。但在骨科临床和科研实践中,目前用于骨缺损修复的复合材料仍存在材料降解速度与成骨速度不相匹配的缺陷。因此,构建仿生骨的组份及其配比的筛选,己成为骨组织工程的必由之路。快速成型技术(RP)利用CAD(计算机辅助设计)及离散/堆积原理,具有制造个体化和一次成型的特点,最适于制作非均质和多孔型结构的支架材料,实现功能梯度材料堆积成型。.本研究针对人工骨移植材料的以上问题,应用快速成型工艺的优势,制备出不同成分配比的聚酷/磷酸三钙复合材料,研制具有生物活性的仿生骨,并对其进行了生物相容性、体外降解性、力学强度等系列生物学检测,从而优化筛选材料的成分及配比,并植入实验动物体内进行骨缺损修复疗效的观察验。本研究进行了以下几部分实验:1.改良热诱导相分离法,即结合溶铸颗粒沥取法,实验室制备聚酷/磷酸三钙(TCP, Tricalcium Phosphate)复合材料,聚酷采用聚(乳酸/轻基乙酸)共聚物[P oly(lactide一。一glyeolide),凡。^]和聚消旋乳酸[Poly(L一laeide一eo一D,L一lactide),PnLL^〕,聚酷与TCP的比例分别为7:3,6:4,5:5:制备出不同配比的PDLLA/TCP及PLGA/TCP复合材料,所得材料孔隙分布均匀,孔隙间相互交通,材料孔隙率均大于’8既,孔径为100~400”m,符合骨组织工程载体的要求。对以上材料进行体外降解实5第四军医大学博卜学位论文验,于不同时间点取出材料测定其平均重里损失百分比:各组受试材料均具有良好的降解特性,但组间表现出一定差异,PDLLA/TCP(5:5)组和PLGA/TCP(5:5)组的降解速度快于其他受试组材料;经无水酒精预湿化处理,亲水性试验表明PLGA厂1,CP(5:5)材料亲水性能最佳。2.快速成型和组织工程方法制造具有生物活性的不同成份配比仿生骨(PLGA厂1,CP(5:5)组、PLGA汀CP(6:4)组、PLGA汀CP(7:3)组、PDLL户JTCP(5:5)组、PDLLA厅CP(6:4)组和PDLL八了1,CP(7:3)组),对其进行生物学评价实验,包括全身急性毒性反应、溶血试验和热原试验,所有受试材料均无毒性、无热原性、不引起溶血反应。3.骨缺损修复实验:各组材料复合bBMP(牛型骨形态发生蛋白)后,PLGAfl.CP(5:5)组和PDLLA汀CP(5:5)组在骨缺损部位的降解速度与成骨速度均匹配良好,可以很好地修复巧mrn兔挠骨骨缺损,愈合时间接近自然骨愈合所需的时限,组织学检查及X线检查显示成骨良好,材料降解完全。在不同时段骨密度表现有所不同,8周时,各组骨密度差异不明显,12及24周时,骨密度(PLGA汀CP组和PDLLA厂1,CP组)高低依次为(5:5)组>(6:4)组>(7:3)组;PDLLA汀CP材料组和PLGA厅CP组间无明显差异。4.测试各组受试材料的力学强度,即压缩弹性模t和抗压强度,为植入体内后压应力条件下的运用提供进一步的依据。材料力学强度测试结果:PLGA汀CP和PDLLA几,CP材料组中,强度高低依次为(7:3)组>(6:4)组>(5:5)组:PDLLA汀CP材料组和PLGA汀CP组间无明显差异:在所有材料组中,PDLLA汀CP(7:3)组具有最高的压缩弹性模量和抗压强度,PLGA俘CP(7:3)次之,PLGA TCP(5:5)最小。6第四军医大学博士学位论文经过筛选,快速成型技术制备的聚酷/TCP载体各材料组,均有良好的亲水性、孔隙率、降解性和生物相容性;PLGA江,CP(5:5)组和PDLLA门,CP(5:5)组在复合bBMP的条件下,骨缺损修复效果优于其他各组;制备出的各组材料具有不同的压缩弹性模量和抗压强度,可以根据实际运用中不同压?……   
[关键词]:骨缺损;聚酯;磷酸三钙;新骨形成;生物降解;快速成型技术
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:第四军医大学2004年