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目的:
对创伤及骨病等各种原因导致的骨缺损的修复,在临床上一直都是一个棘手的难题。骨组织工程的快速发展,为临床治疗骨缺损提供了新的治疗方法和手段。细胞外基质材料的研究是骨组织工程的重点研究,我们应用纳米大分子自组装技术成功将钙、磷盐溶液与提纯并去抗原的Ⅰ型胶原调制矿化,从而获得纳米相羟基磷灰石和胶原的复合材料(nano-hydroxyapatite collagen/PLLA,nHACP),同时用甲壳素(chitin fibres,CF)进行纤维交连增强。制备成纤维增强纳米相羟基磷灰石胶原复合材料(nano-hydroxyapatitecollazen/PL LA/chitin fibres,nHACP/CF)。并已经在体外证实有良好的细胞和生物相容性,对细胞无毒性。
基于此,本课题重点观察纤维增强纳米相羟基磷灰石胶原复合材料结合骨形态发生蛋白构建成非细胞型组织人工骨修复羊胫骨节段性骨缺损愈合的情况。为组织工程提供新的细胞外基质材料、为临床治疗骨缺损提供新的骨替代材料提供实验证据。
方法:
1 非细胞型纳米级组织工程人工骨的制备;首先应用纳米大分子自组装技术制备成纤维增强纳米相羟基磷灰石胶原复合材料,然后在体外和BMP结合,构建非细胞型纳米级组织工程人工骨;2动物试验:取中国青山羊22只,体重16.1-18.3kg,平均17.2kg,雌雄随机。制成25mm的胫骨一骨膜缺损模型。随机分成3组,A、B组各9只,C组为4只。A组:BMP+纤维增强纳米材料组;B组:自体髂骨移植组;C组:空白对照组。分别4,8周处死动物取材,进行组织学切片观察;术后4,8周不同时间段,X线观察骨缺损区的骨痂生成和骨愈合情况:取8周羊胫骨进行三点弯最大应力实验,进行生物力学测定。
结果:
1 羊胫骨骨缺损的动物模型成功制备,术后动物饮食和活动正常并均成活至试验结束;
2 组织学观察:A组:4周时可观察到纤维结缔组织已长入植入材料的内部,并将材料分割。材料的原形已消失,有大量的纤维性骨痂的形成,并见有少量的成骨细胞和破骨细胞;8周组织学见大量的鲜红色骨性骨痂,在新形成的骨性骨痂可以观察到新的骨陷窝的形成,以及骨陷窝内的骨细胞。植入的材料基本消失。B组:4周时可观察到大量的纤维性骨痂形成,内有大量的成骨细胞和破骨细胞,说明骨的吸收和重建是同时进行的;8周时比4周见有更多的成熟骨性骨痂形成,内有骨陷窝的形成,以及骨陷窝内的骨细胞,以及少量的纤维性骨痂。C组:(空白对照组)分别4,8周处死动物取材,未见有骨修复现象。
3 X线检测:A组:4周有少量的高密度显影,说明有少量的新生骨形成,8周时可见新生高密度骨较4周时明显增多,并形成连续性骨痂修复了骨缺损。B组:术后骨缺损区植入的自体髂骨为高密度影图;4周时有大量的高密度显影,说明有大量的新生骨形成,8周时可见有连续性骨痂修复了骨缺损。C组:术后空白组可见胫骨中段25mm骨缺损区;4周时骨缺损区未见有新生骨形成;8周时骨缺损区形成骨不连。
4 生物力学检测:A组的最大折弯应力和B组之间没有显著性差异(P>0.05)。
结论:
1 体内动物试验证实nhACP/CF植入动物体内无任何毒副作用和免疫反应。
2 体内动物试验证实nHACP/CF对骨形态发生蛋白无影响。有希望成为理想的细胞外基质材料,可广泛的应用于骨组织工程的研究。
3 在体外构建的非细胞型纳米级人工骨可成功的修复山羊胫骨节段性骨缺损,从而为临床治疗骨缺损选择nhACP/CF提供了有力的动物实验证据。