nHA涂层BCP多孔陶瓷构建骨组织工程支架的实验研究

【摘要】目的观察纳米羟基磷灰石(nano-hydroxyapatite,nHA)涂层是否可以增强双向磷酸钙(biphasiccalciumphosphate,BCP)陶瓷支架的成骨诱导能力。方法(1)使用水热沉积法对传统BCP进行nHA涂层构建新型陶瓷支架,通过扫描电镜(fieldemissionscanningelectronmicroscopy,FESEM)、透射电镜(fieldemissiontransmissionelectronmicroscopy,FETEM)、X线衍射仪(X-raydiffraction,XRD)对支架进行形貌表征及相组成分析,并对涂层对BCP支架的物理及力学性能的影响进行研究；(2)采用体外细胞毒性试验及溶血试验评估材料的生物相容性；(3)应用密度梯度离心联合贴壁筛选的方法,体外分离培养兔骨髓来源的间充质干细胞(mesenchymalstemcells,MSCs),培养过程中倒置显微镜下观察其生物学特性,流式细胞仪检测细胞表型,所得的细胞进行成骨诱导分化后进行碱性磷酸酶(alkalinephosphatase,ALP)染色及茜素红染色鉴定。将MSCs与支架进行共培养并诱导成骨分化,研究nHA涂层对MSCs的增殖、活力及成骨分化的影响；(4)取20只健康新西兰兔,所有动物均建立双侧桡骨1.5cm的骨缺损模型。采用完全随机法将40侧前肢随机分为A、B、C、D四组,每组10侧。其中A组为对照组,B、C、D三组为实验组。A组在骨缺损处植入BCP、B组植入nHA涂层BCP、C组植入种植了MSCs的BCP、D组植入种植了MSCs的nHA涂层BCP。术后12周取标本进行观察,通过X线片、生物力学测定、组织学及免疫组化等观察各组支架的骨修复能力。结果(1)水热沉积法可以合成棒状形貌nHA晶体,FETEM测量显示合成的单个nHA晶体长度约为50nm～200nm,直径约为15mm～30mm。XRD显示在BCP表面形成了羟基磷灰石的沉积层。FESEM显示在BCP表面形成了nHA沉积层。nHA涂层对BCP陶瓷的密度、孔隙度、压缩强度及抗弯强度无明显影响(P＞0.1)；(2)体外细胞毒性显示两种受试材料在不同的时间点,细胞毒性等级测定结果均为0级。BCP原液组的溶血率(Hemolysisrate,HR)为3.70%,nHA涂层BCP原液组的HR为3.56%；(3)原代分离培养的贴壁细胞呈长梭形,漩涡状排列。传代后增殖迅速,细胞为单一的梭形,排列更加有序。培养的细胞CD44呈阳性表达,而CD34呈阴性表达。成骨诱导后ALP染色和茜素红染色均呈阳性。细胞与支架共培养第1天,BCP组与nHA涂层BCP组的细胞密度依次为62±26个/mm2与63±27个/mm2(P＞0.1)。第14天BCP组与nHA涂层BCP组的细胞密度依次为415±62个/mm2与541±35个/mm2(P<0.05)。MTT检测结果显示BCP组的细胞活力明显低于nHA涂层BCP组(P<0.05)。另外,nHA涂层BCP组ALP活性、I型胶原浓度及骨钙素浓度明显高于BCP组(P<0.05)：(4)X线片示：A组骨缺损得到基本修复。B组、C组及D组骨缺损得到完全修复。各组最大弯曲载荷测试结果比较：A组明显小于B组(P<0.05),B组明显小于C组(P<0.05),C组明显小于D组P<0.05)。组织形态学显示各组支架周围均可形成以成熟骨组织为主的新生骨痂,并长入支架孔隙内。支架孔隙内新骨形成百分率A组明显小于B组(P<0.05),B组明显小于C组(P<0.05),C组明显小于D组(P<0.05)。免疫组化染色结果显示BMP-2在D组的阳性表达最高,其次为C组,B组次之,A组最少,各组之间两两比较有显著性差异(P<0.05).结论(1)水热沉积法可在BCP表面形成棒状的nHA沉积层,nHA涂层不会明显影响BCP陶瓷的密度、孔隙度、弯曲强度及压缩强度；(2)BCP与nHA涂层BCP多孔陶瓷无细胞毒性,也不引起溶血反应,具有良好的生物相容性；(3)本研究率先将兔骨髓来源的MSCs接种到nHA涂层BCP多孔支架上并诱导分化为成骨细胞。nHA涂层BCP和BCP陶瓷都可以促进MSCs的粘附、增殖、活力及成骨分化,但nHA涂层BCP陶瓷更有利于MSCs的粘附、增殖、活力及成骨分化；(4)nHA涂层与MSCs均可以促进BCP的成骨,但MSCs的成骨能力超过nHA涂层,将二者结合可明显增强BCP的成骨性能；(5)体外与体内试验结果表明对BCP进行nHA涂层可通过增强材料的成骨诱导性能来促进成骨,使这种材料更适合骨组织工程。本文共有图片18幅,表格5个,参考文献204篇。
【作者】周永春；
【导师】胡建中；吕红斌；
【作者基本信息】中南大学，临床医学，2014，博士
【关键词】双向磷酸钙；纳米羟基磷灰石涂层；骨诱导；间充质干细胞；骨组织工程；

【参考文献】
[1]吕生华,马宇娟,邱超超,巨浩波.氧化石墨烯对水泥水化晶体形貌的调控作用及对力学性能的影响[J].功能材料,2013,10:1487-1492.
[2]杨蓉蓉.浅谈维汉谚语中“牛”的文化差异[D].新疆师范大学,中国少数民族语言文学,2013,硕士.
[3]袁泉.钢管定减径过程的理论计算研究及有限元模拟分析[D].重庆大学,材料科学与工程,2003,硕士.
[4]吴江瑛.西安市道路路域土壤重金属赋存形态研究[D].长安大学,环境工程,2013,硕士.
[5]施佺.UML在Web评教管理系统建模中的应用与实现[J].计算机与现代化,2005,09:103-105+109.
[6]芦帅.十八反之古今应用[D].黑龙江中医药大学,中西医结合临床（专业学位）,2013,硕士.
[7]连绥仁.可控震源与地震资料品质的改善[J].石油地球物理勘探,1988,03:301-313+386.
[8]党彩宏.聚甲基丙烯酸酯降凝剂的合成与复配[D].西北大学,化学工程（专业学位）,2012,硕士.
[9]汪然,许漫坤,平西建,张涛.基于分割的空域图像隐写分析[J].自动化学报.
[10]皮秀标.三维全五向玻纤/环氧树脂编织复合材料的力学性能研究[D].江南大学,纺织工程,2012,硕士.
[11]林青慧.黄浦江上游水源保护区不同农田种植模式的环境效应研究[D].中国农业科学院,植物营养学,2004,硕士.
[12]马冉.私营海上保安公司责任保险研究[D].大连海事大学,海商法,2014,硕士.
[13]程海岩.生命意识的回归与文体自觉[D].西南大学,中国现当代文学,2013,硕士.
[14]刘宁.肖邦谐谑曲的艺术特征与演奏技巧[D].西安音乐学院,钢琴演奏,2014,硕士.
[15]苏秋玲.资本的二重性理论与中国特色社会主义经济建设[D].华中师范大学,马克思主义中国化研究,2014,硕士.
[16]田宁.长寿命服役条件下DZ125合金的蠕变行为及影响因素[D].沈阳工业大学,材料加工工程,2014,博士.
[17]盛鑫军.玻璃覆晶的封装互连性能检测方法及倒装设备研究[D].上海交通大学,2014.
[18]郭艳龙.互联网时代的汽车养护维修平台模式的思考[D].西南交通大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[19]赵峰.论环境标志在WTO规则下的运用[D].华东政法学院,法律,2004,硕士.
[20]黄凌华.AM公司的订货模型研究[D].西南交通大学,工商管理,2012,硕士.
[21]施振飞,印兴耀.利用井间地震资料与测井资料进行储层精细解释[J].石油地球物理勘探,2005,02:172-175+121-252.
[22]李丽红.芽孢杆菌制剂对蛋鸡生产性能的影响及其作用机理的研究[D].中国农业大学,动物营养与饲料科学,2004,硕士.
[23]龚玉杰.基于Google Maps API的马鞍山制造业协同服务平台研究[D].合肥工业大学,工业工程,2013,硕士.
[24]伊丽洁.面向新生代农民工的公共图书馆服务研究[D].河北大学,图书馆学,2014,硕士.
[25]肖锟.校园网流量监控系统研究与实现[D].西安电子科技大学,计算机技术,2012,硕士.
[26]赵艳.盲源分离与盲信号提取问题研究[D].西安理工大学,控制理论与控制工程,2004,硕士.
[27]李智斌.中小跨径PC简支梁桥大件运输荷载控制标准研究[D].重庆交通大学,结构工程,2012,硕士.
[28]田世锐.用超小型电子计算机构成的压下位置控制系统简介[J].冶金自动化,1981,01:38-42.
[29]王文英.汉字印刷字体字用规范研究[D].安徽大学,汉语言文字学,2014,硕士.
[30]蒋凯丽.历史规律的主体性质[D].东北师范大学,马克思主义哲学,2012,硕士.
[31]杨胜先.大豆品种群体株高、分枝数、主茎节数、茎粗和单株荚数的关联分析[D].南京农业大学,遗传学,2011,硕士.
[32]杜文博.CCTEG产品售前服务体系研究[D].西北大学,工商管理（专业学位）,2014,硕士.
[33]洪云.大坝安全管理关键技术研究[D].河海大学,2005.
[34]朱珊珊.基于体验的校园户外观演空间设计研究[D].重庆大学,艺术（专业学位）,2014,硕士.
[35]周涛.论遏制刑讯逼供的对策[D].对外经济贸易大学,法律,2004,硕士.
[36]宋清玉,殷文齐,王忠玉.25000kN厚板液压矫平机[J].一重技术.2000(03)
[37]徐凤.生态翻译学对中国典籍英译的指导意义[D].北京外国语大学,翻译,2014,硕士.
[38]袁多武.市场竞争与银行资本充足水平[D].复旦大学,产业经济学,2012,硕士.
[39]曹琳琳.金属氢化物催化含碳氧双键类物质的理论研究[D].山东师范大学,物理化学,2013,硕士.
[40]李乃虎.中国股票市场的福利效应研究[D].南京财经大学,金融学,2012,硕士.
[41]郜新军.城市轨道交通系统碳排放评估及集成优化控制方法研究[D].北京交通大学,2013.
[42]熊福力,严洪森.基于跳跃辅助工作策略的混流装配线排产优化[J].自动化学报,2012,02:259-269.
[43]司荣博.公共事件中网络舆论研究[D].华东师范大学,行政管理,2013,硕士.
[44]王兴超.高速列车动力学分析与座椅舒适性设计的研究[D].东北大学,机械设计及理论,2010,硕士.
[45]许国瑞.用于电力系统稳定分析的同步发电机数学模型研究[D].华北电力大学,电机与电器,2014,博士.
[46]陈小兰.我国继承法上归扣制度研究[D].华侨大学,法律,2014,硕士.
[47]刘振楠.基于虚拟开发平台的混合动力汽车控制策略优化[D].河南科技大学,车辆工程,2013,硕士.
[48]金灿,王飞,苏为科.黄体酮合成工艺改进[J].化工生产与技术,2013,02:10-11+36+7.
[49]赵晶晶,符杨,李东东.考虑双馈电机风电场无功调节能力的配电网无功优化[J].电力系统自动化,2011,11:33-38.
[50]李拥.基于OpenMP的三维城市模型并行绘制研究[D].湖南科技大学,地图学与地理信息系统,2013,硕士.