小尾寒羊颈椎前路椎间盘切除融合模型的建立及评估

目的颈椎间盘突出症(cervical disc herniation,CDH)是骨科常见疾病之一,随着对该疾病研究的深入及颈椎内植物的发展,建立颈椎融合动物模型成为不可或缺的部分,目前国内对颈椎融合动物模型建立及评估的研究报道较少,本研究以期为颈椎融合相关研究提供完备的动物模型和内植物性能的评估方案。方法选择小尾寒羊,改良术式后行颈椎前路椎间盘切除融合术(anterior cervical discectomy and fusion,ACDF),将聚醚醚酮(polyetheretherketone,PEEK)椎间融合器(interbody fusion cage,Cage)(对照组)、3D打印钛合金Cage(实验组1)及新方法钛合金Cage(实验组2)分别植入每只羊的不同颈椎节段(C2/3~C4/5),术后行血液学检测、组织病理学分析评估手术恢复情况及材料生物安全性,利用X光、CT、Micro-CT及定量分析、硬组织切片染色、生物力学试验评估内植物的骨长入及骨融合情况。结果绵羊改良术式ACDF模型建立成功,血液学检测重要指标无显著性差异(P>0.05),组织病理学分析显示均无炎症细胞浸润等病理改变,内植物生物安全性良好,X光及CT显示内固定位置及椎间融合情况良好,术后3个月及6个月Micro-CT及定量分析表明,与PEEK Cage组相比,新方法钛合金Cage组及3D打印钛合金Cage组内部的骨体积/总体积、骨小梁数目显著性升高(P<0.01),骨小梁间距显著性降低(P<0.01),且新方法钛合金Cage组骨质长入更多(P<0.01),硬组织切片染色表明新方法钛合金Cage组及3D打印钛合金Cage组孔隙内有明显骨质长入且较为密实,结合较PEEK Cage组略好,生物力学试验显示,与PEEK Cage组相比,新方法钛合金Cage及3D打印钛合金Cage在一定程度上降低了颈椎屈伸、侧弯、扭转运动范围(P<0.05),同时增强了颈椎的稳定性,且新方法钛合金Cage更有优势(P<0.05)。结论建立绵羊改良术式ACDF模型后,利用合理有效的评估方法,证明了该模型的合理性及有效性,同时说明3种材料的Cage均显示出良好的生物安全性,新方法钛合金Cage及3D打印钛合金Cage较PEEK Cage的骨长入及骨融合性能更强,可增强颈椎的稳定性,且新方法钛合金Cage更有优势。

镀碳基纳米多层膜钛合金球头五百万次摩擦磨损实验及颗粒分析

目的分析镀碳基纳米多层膜钛合金球头五百万次摩擦磨损实验产生的颗粒特征,并与钴铬钼合金(CoCrMo)球头对比,以评估新型镀膜球头摩擦磨损性能的优劣。方法根据球头种类不同,将髋关节摩擦磨损实验设置为3组:A、C组分别选用进口及国产的CoCrMo球头,B组选用镀碳基纳米多层膜的钛合金球头(Ti6Al4V)。所有球头均与相同的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)髋臼杯配伍。3组关节在髋关节模拟机运行五百万次后收集血清样本,消解稀释后依次通过5μm、1.2μm及0.4μm的滤膜过滤。使用扫描电镜在滤膜上随机选取颗粒图像,确定颗粒元素种类及成分结构,计算颗粒的大小、形状、数量及体积等相关参数,比较组间相关参数的差异,以评估新型镀膜球头摩擦磨损性能。结果各组颗粒主要成分均为UHMWPE,且多为亚微米级(粒径<1μm),B组亚微米级颗粒占比为49.4%,显著低于A组的75%及C组的60%(χ2=66.032、31.754,均P<0.017)。各组颗粒均以类圆形为主,形状相关参数纵横比(AR)组间无统计学差异(χ2=0.590,P=0.744)。B组颗粒数量在全部滤膜上均明显少于C组(t=9.960、8.019、5.790,均P<0.01),在0.4μm滤膜上显著少于A组(t=7.810,P=0.000)。结论新型镀碳基纳米多层膜钛合金球头摩擦磨损性能明显优于国产球头,部分超过进口球头水平,对预防UHMWPE颗粒诱导的骨溶解和无菌性松动有积极作用。