非降解纳米羟基磷灰石/聚酰胺66/玻璃纤维生物接骨板的实验研究

非降解纳米羟基磷灰石/聚酰胺66/玻璃纤维生物接骨板的实验研究

作者:师大云端图书馆 时间:2015-08-31 分类:期刊论文 喜欢:3434
师大云端图书馆

【摘要】目的制备一种新型非降解的纳米羟基磷灰石/聚酰胺66/玻璃纤维(nano-hydroxyapatite/polyamide66/glassfiber,n-HA/PA66/GF)生物接骨板,通过体内外实验评价该接骨板的生物相容性、生物力学特点以及对骨折的内固定效果。方法1.评价n-HA/PA66/GF复合材料的细胞相容性。制备n-HA/PA66/GF复合材料的圆片,将大鼠骨髓间充质干细胞(Bonemarrowmesenchymalstemcells,BMSCs)与n-HA/PA66/GF圆片共培养,对照组和空白组分别为BMSCs与纳米羟基磷灰石/聚酰胺66(n-HA/PA66)圆片共培养和BMSCs单独培养。通过扫描电镜观察BMSCs在n-HA/PA66/GF上的黏附、生长情况;MTT实验评价n-HA/PA66/GF复合材料对BMSCs增殖的影响;将BMSCs与n-HA/PA66/GF圆片在成骨诱导条件下共培养,通过ELISA和RT-PCR分别检测碱性磷酸酶、骨钙素的蛋白和mRNA的表达,并在诱导21天后对BMSCs进行茜素红染色观察钙沉淀情况,评价HA/PA66/GF复合材料对BMSCs成骨分化的影响。2.评价n-HA/PA66/GF复合材料的组织相容性。制备n-HA/PA66/GF棒状材料,进行新西兰大白兔的肌肉和骨埋植实验。将n-HA/PA66/GF棒埋植于新西兰大白兔的竖脊肌和胫骨内,术后1、4及12周时,通过大体标本观察、X线检查以及组织HE、VanGieson染色,评价n-HA/PA66/GF复合材料植入动物体内早期的组织相容性,同时观察n-HA/PA66/GF复合材料对实验动物主要脏器有无不良影响。3.评价n-HA/PA66/GF生物接骨板的生物力学特点。通过注塑成型的方式制备n-HA/PA66/GF生物接骨板,扫描电镜观察接骨板的表面及断裂面;采用Reger力学测试机测量n-HA/PA66/GF生物接骨板的三点弯曲强度;以钛合金接骨板为对照,进行体外模拟骨折内固定,通过四点弯曲实验和扭转实验探讨n-HA/PA66/GF生物接骨板固定犬股骨干横形骨折的生物力学特点。4.评价n-HA/PA66/GF生物接骨板对骨折的内固定效果。利用中华田园犬股骨干横形骨折的动物模型,分别采用n-HA/PA66/GF生物接骨板和钛合金接骨板进行骨折内固定。通过X线、CT扫描评价n-HA/PA66/GF生物接骨板对骨痂形成、骨折愈合的影响;术后12、24及52周取手术侧股骨标本,进行硬组织切片VanGieson染色,观察n-HA/PA66/GF生物接骨板与骨组织界面及骨折愈合的情况;同时观察n-HA/PA66/GF生物接骨板长期植入对实验动物主要脏器有无不良影响。结果1.BMSCs与n-HA/PA66/GF圆片共培养第1天,扫描电镜观察到BMSCs在n-HA/PA66/GF复合材料上黏附、生长良好,细胞呈多角形或梭形,部分细胞表面可见微绒毛;随着培养时间的增加,材料表面的细胞数量逐渐增加,细胞间隙变小,培养至第7、14天时,BMSCs在n-HA/PA66/GF复合材料表面呈复层生长。MTT结果显示BMSCs与n-HA/PA66/GF圆片共培养,随着培养时间增加,细胞数目逐渐增加,在第1、3、7天各时间点,n-HA/PA66/GF组与n-HA/PA66组及空白组相比OD值无统计学差异,表明n-HA/PA66/GF复合材料对BMSCs的增殖无不良影响。ELISA和RT-PCR检测结果表明BMSCs与n-HA/PA66/GF圆片在成骨诱导条件下共培养14天,随着诱导时间的增加,BMSCs的碱性磷酸酶及骨钙素的蛋白含量及mRNA表达逐渐增加,14天时表达量最高,与n-HA/PA66和空白组相比,在3、7、14天各时间点无统计学差异。BMSCs与n-HA/PA66/GF圆片在成骨诱导条件下培养21天后,茜素红染色结果阳性。以上结果说明,n-HA/PA66/GF复合材料对BMSCs黏附、生长、增殖及成骨分化无不良影响,具有良好细胞相容性。2.肌肉埋植实验显示n-HA/PA66/GF棒植入新西兰大白兔竖脊肌1、4、12周后,大体标本观察见n-HA/PA66/GF棒被周围肌肉组织包裹,未见肌肉组织有明显的水肿、感染或坏死征象;组织学观察显示n-HA/PA66/GF棒植入新西兰大白兔竖脊肌1周后,材料周围肌肉组织轻微水肿,部分肌纤维排列紊乱,但未见明显的肌组织溶解或坏死,植入4周、12周后,材料周围肌组织无明显水肿,肌纤维形态正常、排列整齐,肌组织未见其他异常改变。骨埋植实验显示n-HA/PA66/GF棒植入新西兰大白兔胫骨术后1、4、12周,n-HA/PA66/GF棒位于原植入部位,无明显的松动脱出,材料周围的骨组织未见坏死或感染等征象;植入1周时,n-HA/PA66/GF棒与骨组织之间界限仍清晰,随着植入时间延长,n-HA/PA66/GF棒与骨组织之间的界面逐渐模糊,材料表面逐渐被骨组织覆盖;X线显示n-HA/PA66/GF棒植入胫骨后各时间点无松动、脱出,材料周围未见明显骨溶解或吸收,植入1周时,材料与骨组织之间有低密度区,随着植入时间延长,材料与骨组织之间的低密度影逐渐消失,至12周时,材料与骨组织之间无明显低密度区;硬组织切片VanGieson染色显示n-HA/PA66/GF复合材料与骨组织之间无明显的纤维组织长入,材料周围骨组织形态结构正常,随着植入时间延长,n-HA/PA66/GF周围有新生骨小梁生长,植入12周时,新生骨组织部分与材料结合紧密。n-HA/PA66/GF棒植入新西兰大白兔体内1、4、12周后,主要脏器的组织学检查未见明显的病理改变。以上结果表明,n-HA/PA66/GF复合材料具有良好组织相容性。3.扫描电镜结果显示n-HA/PA66/GF生物接骨板表面粗糙,表面的纤维呈微米级,n-HA/PA66/GF生物接骨板断裂后,断裂面上并未见明显的n-HA/PA66基质的碎裂,主要是发生玻璃纤维的断裂,界面滑脱相对较少,GF和PA66高分子基体的相界面模糊,两者相容性好。n-HA/PA66/GF生物接骨板的三点弯曲实验结果显示,当负荷加载于n-HA/PA66/GF生物接骨板螺孔处时,n-HA/PA66/GF生物接骨板的弯曲强度为184.02±5.45MPa,接近人体皮质骨。体外模拟骨折内固定的结果显示,四点弯曲和扭转实验条件下,n-HA/PA66/GF生物接骨板固定骨折的断裂模式均为n-HA/PA66/GF生物接骨板的断裂,断裂的位置位于临近骨折线的螺孔处,而采用钛合金接骨板固定时,断裂模式表现为股骨发生新的骨折;n-HA/PA66/GF生物接骨板固定骨折时,四点弯曲和扭转的断裂强度为11.2±2.4Nm、6.038±1.636Nm,分别是钛合金接骨板固定的28.9%和49.6%,而刚度为244.1±49.6N/mm、0.159±0.039Nm/°,与钛合金接骨板固定相比,分别降低了34.1%和56.8%。以上结果说明,n-HA/PA66/GF生物接骨板的弯曲强度与人体皮质骨接近,固定骨折时,断裂强度和刚度都比钛合金接骨板明显降低,有利于骨折端的力学刺激,降低或避免应力遮挡。4.采用n-HA/PA66/GF生物接骨板固定实验犬股骨干横形骨折时,除1例术后第8周接骨板在螺孔处发生断裂外,其余实验犬未见接骨板断裂或松动。X线、CT和大体标本观察发现n-HA/PA66/GF生物接骨板固定时骨折愈合过程中有明显的骨痂形成,而采用钛合金接骨板固定时,骨折愈合过程中均无明显骨痂形成,骨折为一期愈合,但影像学结果显示n-HA/PA66/GF生物接骨板固定的骨折愈合时间晚于钛合金接骨板固定;n-HA/PA66/GF生物接骨板能透过X线,利于影像学观察骨折愈合。硬组织切片VanGieson染色结果显示,采用n-HA/PA66/GF生物接骨板固定时,骨折周围骨痂生长丰富;骨折愈合过程中,骨折断端间骨痂逐渐塑形,骨小梁增多增粗,排列更为规则、致密,最终形成板层骨;固定12周时,n-HA/PA66/GF生物接骨板与骨组织间有明显间隙,随着植入时间增加,接骨板下有新生的骨组织,接骨板与骨组织间的间隙逐渐消失,至52周时,接骨板-骨界面结合紧密,可见部分骨组织―长入‖接骨板。实验犬主要脏器的组织病理学结果显示,n-HA/PA66/GF生物接骨板植入24、52周后,主要脏器未见明显的病理改变。结论非降解纳米羟基磷灰石/聚酰胺66/玻璃纤维生物接骨板具有良好的生物相容性和生物力学性能,能有效固定骨折、促进骨痂形成,长期植入后能与自体骨紧密结合。
【作者】谯波;
【导师】蒋电明;
【作者基本信息】重庆医科大学,外科学,2014,博士
【关键词】纳米羟基磷灰石/聚酰胺66/玻璃纤维;接骨板;生物相容性;生物力学;骨折;

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