兼具显影与成骨功能多聚磷酸锶在磷酸钙骨水泥中的应用

背景:课题组前期研究发现,添加硫酸钡可以提高磷酸钙骨水泥的力学性能与显影性能,但伴随磷酸钙降解残存的显影剂难以降解,在植入部位产生的占位效应及破骨效应影响骨修复进程,因此需要开发一种可生物降解的新型显影材料。目的:探讨生物活性可降解材料多聚磷酸锶的显影能力及其对磷酸钙骨水泥理化性能与成骨效应的影响。方法:①分别制备磷酸钙骨水泥(CPC)、淀粉改性磷酸钙骨水泥(CPS)与含多聚磷酸锶(占骨水泥粉末的质量分数为20%)淀粉改性磷酸钙骨水泥(20%SrPP-CPN),表征3组骨水泥的理化性能。②将3组骨水泥浸提液分别与大鼠骨髓间充质干细胞共培养,检测细胞增殖、能量代谢与成骨分化能力。③在24只SD大鼠颅顶部两侧各制作直径5 mm的骨缺损,随机分为对照组(不进行任何干预)、CPC组、CPS组与20%SrPP-CPN组进行干预,每组6只。干预4,12周后取材进行相关检测。结果与结论:①与其他两组骨水泥比较,20%SrPP-CPN的显影能力增强、抗压强度与降解速率升高、固化时间延长,并且20%SrPP-CPN在降解过程中可稳定释放Sr^(2+)。②CCK-8实验显示20%SrPP-CPN不影响骨髓间充质干细胞的增殖;细胞饥饿实验(无血清培养)显示相较于其他两组骨水泥,20%SrPP-CPN可促进骨髓间充质干细胞的增殖;相较于其他两组骨水泥,20%SrPP-CPN可提升骨髓间充质干细胞内ATP浓度。碱性磷酸酶与茜素红染色显示,相较于其他两组骨水泥,20%SrPP-CPN可促进骨髓间充质干细胞的成骨分化。③在大鼠颅骨缺损实验中,Micro-CT扫描、组织学(苏木精-伊红、Masson染色)观察显示相较于CPC组、CPS组,20%SrPP-CPN组骨水泥降解明显,并且大量新生骨组织分散于降解的骨水泥中;免疫组化染色显示相较于CPC组、CPS组,20%SrPP-CPN组缺损处Runx2蛋白表达升高(P<0.01)。④结果表明,20%SrPP-CPN具有良好的显影性能与促成骨性能。

可注射、组织黏附性PVA/淀粉水凝胶对力学失稳条件下关节软骨退变抑制作用的研究

目的制备一种仿生正常关节滑液流变学特征的组织黏附性可注射水凝胶,并研究该水凝胶抑制膝关节创伤后软骨退变的效果及其可能的机制。方法以聚乙烯醇溶液(PVA)、淀粉和氯化钠为主要原料制备可注射、组织黏附性水凝胶(PWN)。通过流变学测试、注射器推出实验、体外降解实验、CCK-8实验、活/死细胞染色、细菌黏附实验、组织黏附实验分别对其流变学性能、可注射性、降解性能、细胞相容性、抗细菌黏附性能和组织黏附性能进行表征。构建大鼠膝关节力学失稳模型,并分为正常组、PWN组、透明质酸组(HA组)与未治疗组,其中PWN组、HA组术后1周时注射PWN与HA进行治疗。治疗4周后取大鼠膝关节标本进行Micro-CT分析和组织学染色分析,对比评估PWN对关节软骨退变的抑制作用。结果PWN具有良好的细胞相容性和可注射性。此外,相比于HA,PWN的流变学特征更接近正常关节滑液,并且PWN具有缓慢降解的特性、更高的组织黏附性能和抗细菌黏附的能力。动物实验Micro-CT分析结果显示,PWN组软骨下骨的骨密度和骨体积/组织体积均显著高于未治疗组和HA组(P<0.05)。同时,番红快绿染色结果显示,相比于HA组,PWN组软骨表面连续性较好,未见明显破损、侵蚀,蛋白聚糖分布丰度接近正常组。结论相比于临床使用的HA产品,PWN水凝胶具有仿生正常关节滑液的流变学特征、缓慢降解的特性和较强的组织黏附性能,可延缓大鼠膝关节力学失稳下关节骨软骨的退变,有望单独或与HA联合应用于骨关节炎等关节软骨病变的临床治疗。