3D打印磷酸钙涂层多孔镁金属支架的力学性能和生物相容性评估

背景负重部位骨松质的大面积缺损修复是临床中一个待解决的难题,多孔镁金属结合磷酸钙(Ca-P)生物活性涂层有望克服这一难题,但缺乏相应力学和生物相容性评价。目的评价Ca-P涂层多孔镁金属支架的力学性能和生物相容性。方法采用选择性激光熔化3D打印工艺制备多孔镁金属支架,通过化学转化法在多孔纯镁金属支架表面制备Ca-P生物活性涂层,与无涂层镁金属支架做对比。采用扫描电子显微镜和能量色散X射线能谱对材料涂层的形貌、成分进行表征;通过压缩力学实验绘制应力-应变曲线,并计算支架屈服强度和弹性模量。采用CCK-8法、活死染色和细胞黏附等手段检测多孔镁金属支架的生物相容性。结果制备Ca-P涂层多孔镁金属支架;扫描电子显微镜和能量色散X线能谱结果显示多孔镁金属支架内部镁颗粒呈现出融合体状;Ca-P涂层由花瓣状晶粒以一定的取向相互堆叠而成,与基体无缝隙紧密结合。力学性能测试显示,Ca-P涂层多孔镁金属支架抗压强度高于无涂层支架[(35.3±0.7)Mpa vs(31.0±1.0)Mpa,P=0.003,n=3],杨氏模量高于无涂层支架[(656.0±8.7)Mpa vs(623.0±7.0)Mpa,P=0.007,n=3];生物相容性结果显示,相比空白组,Ca-P涂层支架有显著促增殖作用,无涂层支架有显著抑制作用。结论相比无涂层多孔镁金属支架,Ca-P涂层多孔镁金属支架力学性能优,生物相容性好,可用于负重部位骨松质缺损的修复。

可注射型磷酸镁自固化骨水泥修复大鼠股骨髁骨缺损的实验研究

背景在过去几十年中,各种合成骨支架已被开发并应用于骨缺损。然而由于较差的降解性能或骨诱导能力,无法被广泛应用。磷酸镁骨水泥(magnesium phosphate cement,MPC)由于其出色的性能近年来备受人们关注。目的探究可注射型磷酸镁骨水泥的生物相容性及其修复股骨髁骨缺损的效果。方法使用酸碱反应制备磷酸镁骨水泥;采用万能试验机和称重法检测MPC的力学强度和可注射性,通过维卡仪测定MPC的凝固时间,采用扫描电镜对材料进行表征。采用CCK-8法和活死染色检测MPC的细胞相容性;MPC修复大鼠股骨髁直径2.5 mm骨缺损。实验分组按植入物的不同分为空白组、磷酸钙骨水泥(calcium phosphate cement,CPC)组、硫酸钙骨水泥(calcium sulfate cement,CS)组、磷酸镁骨水泥组,每组6只8周龄SD大鼠。术后4周、8周取材,对大鼠股骨髁标本进行微型计算机断层扫描(micro computed tomography,Micro-CT)分析,评估缺损区骨再生情况;标本切片后行HE染色、Masson三色染色,观察各组缺损区骨再生情况。结果成功制备出可注射型磷酸镁自固化骨水泥。MPC抗压强度为(36.25±0.72)MPa,可注射性为98.87%±0.29%,凝固时间为(15.16±0.32)min。扫描电镜结果显示,水化产物MgKPO_(4)·6H_(2)O表现为层片状,堆积紧密。CCK-8和死活染色结果显示,与空白组相比,MC3T3-E1细胞在MPC组高浓度浸提液中的活力略有下降;Micro-CT扫描结果显示,MPC、CS和CPC均未引起明显的感染现象,三者表现出明显不同的降解速度。组织学分析结果显示,各组支架植入大鼠股骨髁后,均无明显的炎症反应,骨组织未出现坏死。结论MPC具有良好的可注射性、力学强度和生物相容性,在骨修复过程中表现出更为合适的可降解性能,可用于修复SD大鼠股骨髁骨缺损。