新型多孔聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥的制备及性能分析

背景:多孔磷酸三钙/聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate,PMMA)骨水泥可改善传统PMMA骨水泥骨传导性差的不足,但加入的大量致孔剂显著降低了复合骨水泥的力学性能。目的:为改善多孔磷酸三钙/PMMA骨水泥的力学性能,制备含不同比例纳米磷酸三钙、甲基丙烯酸羟乙酯的复合PMMA骨水泥,观察其力学性能、凝固性能、成孔性能及生物安全性。方法:向PMMA骨水泥固相中加入不同比例的纳米磷酸三钙(质量分数40%,50%,60%),液相中加入不同比例的甲基丙烯酸羟乙酯(质量分数0%,5%,10%,15%,20%),混合固相与液相,制备不同组分的复合骨水泥,检测各组分骨水泥的抗压强度、抗弯强度、凝固最高温度及凝固时间,筛选优选比例组分骨水泥。将优选组分骨水泥浸泡在模拟人细胞外液中12周,扫描电镜观察成孔性能。采用优选组分骨水泥浸提液培养成骨前体细胞,24 h后利用CCK-8法检测吸光度,计算细胞活力。结果与结论:(1)在固相中加入40%,50%的磷酸三钙,可增强复合骨水泥的抗压强度,但当其比例达到60%时,复合骨水泥的抗压强度明显下降;磷酸三钙可明显降低复合骨水泥的抗弯性能,呈线性关系;在液相中加入甲基丙烯酸羟乙酯,可加强复合骨水泥的抗压、抗弯强度,但当浓度超过15%时,复合骨水泥的力学性能不再增强;(2)复合骨水泥的凝固最高温度约为80℃,与磷酸三钙、甲基丙烯酸羟乙酯比例无关;复合骨水泥的凝固时间随磷酸三钙比例的增加而缩短,随甲基丙烯酸羟乙酯比例的增加而延长;(3)优选组分骨水泥比例,纳米磷酸三钙为50%,甲基丙烯酸羟乙酯为0%,5%,10%,此3种复合骨水泥在模拟人细胞外液中浸泡12周后,表面可形成孔径约为100μm的多孔结构;(4)在3种优选复合骨水泥浸提液中,成骨前体细胞活力均大于75%,无细胞毒性;(5)综合以上结果发现,在加入PMMA固相中加入50%磷酸三钙、液相中加入10%甲基丙烯酸羟乙酯为最优复合骨水泥配方。

多孔明胶微球/磷酸钙骨水泥的制备及其性能研究

[目的]制备多孔明胶微球/磷酸钙骨水泥,并于体内体外研究其各种性能。[方法]双相乳化冷凝聚合法制备明胶微球,以不同比例与磷酸钙骨水泥复合(0%,2.5%,5%),制备多孔磷酸钙骨水泥,测定材料孔径率及抗压强度,筛选出最佳比例。消化法培养成骨细胞接种于常规及多孔磷酸钙骨水泥支架上,扫描电镜观察细胞形态;不同材料浸提液(0%,2.5%明胶微球/磷酸钙骨水泥及聚苯乙烯)分别与成骨细胞共培养,以MTT法测定细胞增殖率,试剂盒检测碱性磷酸酶水平。将磷酸钙骨水泥及2.5%明胶微球/磷酸钙骨水泥分别植入山羊椎体内,6个月后收集标本,分别进行X线影像学及组织学观察,评估其降解情况。[结果]不同比例明胶微球/磷酸钙骨水泥的总孔径率、大孔率及抗压强度分别为:38.7%、0%、12.1MPa(0%);67.5%、40.6%、8.0MPa(2.5%);72.2%、45.6%、5.0MPa(5%)。成骨细胞在明胶微球/磷酸钙骨水泥上生长良好,细胞增殖及碱性磷酸酶水平均明显高于单纯磷酸钙骨水泥组,与聚苯乙烯组未见明显差异。多孔明胶微球/磷酸钙骨水泥6个月后在体内大部分已降解,而磷酸钙骨水泥未见明显降解。[结论]复合明胶微球可显著提高磷酸钙骨水泥的孔径率促进其降解,增加其生物活性,这种多孔磷酸钙骨水泥可作为非负重部位的骨替代物。

转染BMP-2基因的骨髓MSC复合多孔磷酸钙骨水泥构建组织工程化骨对兔骨缺损的修复作用研究

目的研究骨髓间充质干细胞(MSC)经骨形态发生蛋白-2(BMP-2)基因转染后与多孔磷酸钙骨水泥(CPC)进行复合而建立组织工程化骨,分析其修复骨缺损的效果。方法取新西兰白兔32只,构建双侧股骨髁缺损的动物模型,双侧均植入骨髓MSC复合CPC组织工程化骨,其中右侧植入未转染BMP-2基因为对照组,左侧植入BMP-2基因为转染组。分别于植入后1、3个月,取两组双侧股骨髁,通过Van-Gieson染色法观察骨组织形态学变化,计算新骨形成面积在总缺损区中的占比;于植入后3个月,对两组新骨形成情况进行免疫荧光标记检测。结果植入后1个月,对照组仅于CPC外周出现少量新骨组织,转染组出现诸多新骨组织生成,以CPC外周孔隙为多见。植入后3个月,对照组植入区出现诸多新骨组织向CPC周围至中心区生长,但支架材料吸收效果并不明显;转染组人工骨内部出现诸多新骨组织生成,外周编织骨进展为成熟的小梁骨,外周区可见支架材料吸收较明显,部分被新骨组织所取代。相比植入后1个月,两组植入后3个月新骨面积在总缺损区的比率均明显提高(P <0. 01);相比对照组,转染组植入后1、3个月新骨面积在总缺损区的比率均明显提高(P <0. 01)。植入后3个月,转染组的组织工程化骨成骨速率为(5. 73±1. 24) m/d,较对照组的(3. 09±0. 98) m/d显著提高(P <0. 01)。结论通过基因转染的方法,将BMP-2基因转染至骨髓MSC,使之复合CPC材料,可明显提高新骨形成速率,从而可有效增强组织工程化骨对骨缺损的修复作用。

多孔磷酸钙骨水泥的研究进展

多孔磷酸钙骨水泥是目前骨组织工程中研究的热点,比常规磷酸钙骨水泥具有更多的优点和更大的潜力,但在临床应用上对其孔径、连通性、强度及降解速度都有严格要求。综述了多孔磷酸钙骨水泥的制备方法、存在的问题、解决办法及应用前景。

山羊乳牙牙髓细胞复合多孔磷酸钙骨水泥异位成骨研究

目的:观察山羊乳牙牙髓细胞(SGDs)与多孔磷酸钙骨水泥之间的生物相容性及其异位成骨能力。方法:流式细胞仪检测第1代SGDs的STRO-1表达情况;体外培养的第4代SGDs进行成骨诱导7d后,与多孔磷酸钙骨水泥复合培养,扫描电镜下观察SGDs黏附和生长情况;细胞材料复合物植入裸鼠皮下8周观察异位成骨能力。结果:SGDs与多孔磷酸钙骨水泥复合培养3d后,细胞与材料表面贴合,形态正常,可见细胞伸出伪足,分泌胞外基质;裸鼠体内植入8周后,HE染色显示骨样组织形成,免疫组化OC呈阳性表达。结论:SGDs可以向成骨细胞分化,并具有诱导成骨能力,与多孔磷酸钙骨水泥结合,可形成骨样组织。

非骨水泥非多孔金属增强杯结合髋臼压缩植骨翻修术的失败率——12～17年随访结果

该文作者尝试采用同种异体骨及带金属增强杯的非骨水泥髋臼解决翻修术中髋臼侧骨缺损。该文系非骨水泥植骨翻修术长期随访结果的首次报道。对术后12～17年的29例(30髋)患者进行随访。女 19例(20髋),男 10例(10髋),平均年龄

预分化脂肪干细胞与纤维蛋白胶和磷酸钙骨水泥自体异位构建血管化移植物

背景:预构骨皮瓣研究启发人们构建预构血管化骨进行游离移植来替代带血管蒂游离自体骨移植修复大段骨缺损的想法。目的:设计一种基于预分化脂肪干细胞、纤维蛋白胶和多孔磷酸钙骨水泥支架复合体的血管化移植物。方法:将体外分离培养的大鼠脂肪干细胞在条件培养基中进行血管内皮细胞定向分化,经鉴定活性后,复合至纤维蛋白胶和多孔磷酸钙骨水泥构建血管化组织工程支架。将血管化组织工程支架、纤维蛋白胶/多孔磷酸钙骨水泥支架及多孔磷酸钙骨水泥支架分别植入SD大鼠股四头肌肌袋内,植入后2,4周进行组织学检测、血管定量分析和Western blot检测。结果与结论:向血管内皮细胞分化的脂肪干细胞与纤维蛋白胶和多孔磷酸钙骨水泥共培养7 d,可见细胞密度适中,与支架组织结合较好。植入实验中,各组支架孔隙中充填有纤维血管组织和脂肪组织,血管化组织工程组支架孔隙中均长入大量血管,并有小动脉长入,不同时间点的血管直径和数量及血管内皮生长因子C的表达量均优于纤维蛋白胶/多孔磷酸钙骨水泥组和多孔磷酸钙骨水泥组(P<0.01)。表明构建的血管化组织工程支架能够实现可靠迅速血管化。

明胶微球/rhBMP-2/CPC的制备及其异位成骨效应研究

目的:制备多孔复合材料明胶微球/rhBMP2/CPC并研究其异位成骨效应。方法:双相乳化冷凝聚合法制备明胶微球,京尼平进行交联,喷金后电镜观察。交联微球携载rhBMP2,以2.5%的比例掺入磷酸钙骨水泥(calcium phosphate cements,CPC)固化,制成实验用多孔明胶微球/rhBMP2/CPC,rhBMP2/CPC作为对照组。两组材料固化后分别浸入生理盐水,1、3周后进行生物力学压缩实验,扫描电镜观察材料断面。ELISA法测定不同时间点生理盐水中rhBMP2浓度,计算rhBMP2的累积释放量。材料植入小鼠大腿肌袋,术后3周处死小鼠,切取材料及周围组织,HE染色后进行组织学观察,同时测定材料周围组织中碱性磷酸酶及钙含量。结果:交联的明胶微球呈规则圆形,粒径(62±18)μm,分散性好。1、3周后实验组材料断面可见大量大孔形成,对照组未见明显大孔,实验组的总孔径率、大孔率及rhBMP-2的累积释放量均高于对照组。3周后实验组最大压缩强度(7.8±1.2)MPa,较对照组(11.2±1.6)MPa稍低。HE染色两组均可见软骨形成,但实验组更多,碱性磷酸酶及钙含量测定实验组分别为(4.33±0.52)IU/g和(6.12±1.22)μg/mg,高于对照组的(2.67±0.23)IU/g和(3.12±0.41)μg/mg。结论:明胶微球/rhBMP2/CPC在微球降解后形成多孔磷酸钙复合材料,使rhBMP2的释放量增加,具有强大的异位成骨性能,是一种优秀的骨组织工程材料。

组织工程多孔生物材料的制备及表征

目的制备适合新骨长入的孔隙率、孔隙尺寸和结构的多孔磷酸钙组织工程支架材料。方法通过湿法共沉淀法合成羟基磷灰石(HA)/磷酸三钙(TCP)双相粉末作为起始粉末,分别采用有机泡沫浸浆法和适当的致孔剂加入磷酸钙骨水泥中,分别制备多孔磷酸钙陶瓷和多孔磷酸钙骨水泥,并测量多孔隙率,采用扫描电镜观测试样的形貌和孔隙结构,利用X射线衍射分析磷酸钙的相成分。结果多孔磷酸钙陶瓷和磷酸钙骨水泥的孔隙率分别为72%和67%;孔隙尺寸主要分布在200～280μm;孔壁上分别存在大量孔径仅为数微米至数十微米的微孔,为微孔隙间的贯通提供了可能性;X射线衍射结果证明多孔磷酸钙陶瓷的组成包括HA和β-TCP,而多孔磷酸钙骨水泥的主要成分均为HA,β-TCPandβ-TCP。结论本试验制备的多孔磷酸钙陶瓷和多孔磷酸钙骨水泥具有适合新骨长入的孔隙直径和孔隙率,具有良好的生物相容性。

Beagle犬骨髓基质细胞复合A-PCPC裸鼠皮下成骨的实验研究

目的:观察支架材料活性磷酸钙骨水泥(active porous calcium phosphate cement,A-PCPC)及其与Beagle犬骨髓基质细胞(bone marrow stromal cells,BMSCs)复合体在裸鼠体内的成骨性能。方法:抽取Beagle犬骨髓,体外分离培养、成骨诱导、扩增BMSCs并通过细胞化学方法检测其成骨表型。体外构建BMSCs/A-PCPC复合体,并行扫描电镜超微结构观察。将复合体植于裸鼠背部皮下,同期植入单纯A-PCPC作为对照组。术后2、4、8周取材,HE染色,进行组织学及组织形态计量学分析。结果:ALP染色阳性,VonKossa染色可见钙结节形成。扫描电镜可见细胞贴附于材料表面及孔隙表面生长。HE染色显示,2周时,复合体组可见少量编织骨,单纯材料组成骨较少。4周时,复合体组可见编织骨向小梁骨转化,单纯材料组可见大量骨样组织。8周时,复合体组新骨趋于成熟,单纯材料组骨成熟度较差。结论:A-PCPC支架接种BMSCs后显示良好的成骨活性,能够促进未成熟骨矿化,可以作为骨组织工程支架材料。

山羊乳牙牙髓干细胞在肌袋内的异位成骨

目的:评价山羊乳牙牙髓干细胞复合多孔磷酸钙骨水泥在山羊肌袋模型内的异位成骨能力。方法:采用改良组织块法培养山羊乳牙牙髓干细胞。经成骨诱导条件培养的第3代细胞与多孔磷酸钙骨水泥复合后,植入山羊背部左侧肌袋,将多孔磷酸钙骨水泥空白支架植入右侧肌袋作为对照组。分别在植入后2、4、6、8周取材,进行组织学观察,采用SPSS16.0软件包对数据进行统计学分析。结果:术后各时间点未复合细胞的pCPC支架材料组织学检查未见类骨质形成。SGDs-pCPC组中,术后2、4、6、8周成骨率分别为(1.24±0.25)%、(1.59±0.23)%、(4.12±0.39)%和(5.68±0.58)%。术后2周和4周之间的成骨率无显著差异(P>0.05);术后8周的成骨率高于术后6周,且2者均显著高于2周和4周组的成骨率(P<0.05)。结论:多孔磷酸钙复合山羊乳牙牙髓干细胞在山羊体内具有异位成骨能力。

山羊乳牙牙髓干细胞构建组织工程骨的异位成骨研究

目的:评价山羊乳牙牙髓干细胞在体外的成骨分化能力,及复合多孔磷酸钙骨水泥在山羊肌袋模型内的异位成骨能力。方法:采用改良组织块法培养山羊乳牙牙髓干细胞,并且在成骨诱导条件下培养。经成骨条件培养的第3代细胞与多孔磷酸钙骨水泥复合后,植入山羊背部左侧肌袋;将多孔磷酸钙骨水泥空白支架植入右侧肌袋作为对照组。分别在植入后4、8周取材,进行组织学观察。结果:复合山羊乳牙牙髓干细胞的支架材料在4周后有类骨质形成;植入8周后,类骨质形成更多;未复合细胞的支架材料在组织学检查中未见有类骨质形成。结论:山羊乳牙牙髓干细胞在体外具有分化为成骨细胞的能力;多孔磷酸钙复合山羊乳牙牙髓干细胞在山羊体内具有异位成骨能力。

生物玻璃和壳聚糖改性的多孔活性骨水泥体内实验研究

目的探讨新型多孔活性骨水泥(porous bioactive bone cement,PBC)在体内的生物力学特性,观察材料降解及新骨形成情况。方法将聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate,PMMA)粉末、生物玻璃粉末和壳聚糖颗粒按照不同质量百分比(W/W,%)比例配制成3种PBC:PBCⅠ(50︰40︰10)、PBCⅡ(40︰50︰10)和PBCⅢ(30︰60︰10)。32只10月龄新西兰大白兔,雌雄不限,体重4.0～4.5 kg;制备直径4 mm、深10 mm的双侧股骨髁部缺损模型。动物模型随机分为4组(n=8),分别于双侧缺损处植入单纯PMMA骨水泥(A组)、PBCⅠ(B组)、PBCⅡ(C组)和PBCⅢ(D组)。术后观察实验动物一般情况,1周时行膝关节正侧位X线片检查,3、6个月取标本行生物力学测试和Van-Gieson染色组织学观察;取未植入的对应骨水泥行生物力学测试,作为对照。结果实验动物均存活至实验完成。1周X线片检查示各组植入骨水泥位置良好。生物力学测试示,植入前及术后3、6个月,C、D组压缩强度和弹性模量均较A组明显下降(P<0.05);B组压缩强度及3、6个月弹性模量较A组明显下降(P<0.05);C、D组间差异无统计学意义(P>0.05)。植入前及术后3个月,C、D组两指标均较B组明显下降(P<0.05);6个月,C组压缩强度和D组弹性模量较B组明显下降(P<0.05)。与植入前相比,B、C、D组术后3、6个月两指标均显著下降(P<0.05),A组无显著变化(P>0.05)。组织学观察示,术后3个月,A组纤维结缔组织环绕在PMMA和骨组织之间;B、C、D组壳聚糖颗粒有不同程度降解,其中D组降解最明显;6个月,A组较前无明显变化;B、C、D组可见骨组织沿壳聚糖降解后形成的空隙向骨水泥内部生长,C、D组骨生长优于B组。定量分析显示,A、B、C、D组骨组织含量百分比呈逐渐上升趋势,且各组内术后6个月显著高于3个月。结论以PMMA粉末、生物玻璃粉末和壳聚糖颗粒按照质量百分比(W/W,%)40︰50︰10及30︰60︰10比例制备的PBC较单纯PMMA骨水泥具有更好的生物相容性及生物力学特性。

新型抗结核多孔磷酸钙骨水泥缓释载体的制备与性能研究

[目的]制备一种新型抗结核多孔磷酸钙骨水泥缓释载体,研究其体内外性能。[方法]复乳溶剂挥发法制备利福平-聚乳酸-聚羟基乙酸共聚物微球(利福平-PLGA微球),测定载药量,包封率并行体外缓释实验。将微球以10%、20%、30%(W/W)的比例分别与磷酸钙骨水泥(CPCs)复合,制备载有利福平-PLGA微球的多孔磷酸钙骨水泥,测定材料的孔隙率及抗压强度,筛选出合适比例。将材料的浸提液与Wistar大鼠骨髓间充质干细胞(rBMSCs)共培养,以MTT法测定增殖率,成骨能力以试剂盒检测碱性磷酸酶的水平。将利福平-PLGA微球-CPCs(实验组)及利福平-CPCs(对照组)分别制成相同直径的圆柱状试件,分别植入新西兰大白兔的双侧股骨髁中,于术后2、4、8、12周取植入区旁的髁旁肌,高效液相色谱法测定局部组织药物浓度。术后12周取各组骨标本行组织切片观察,评价材料降解情况及骨组织生长情况。[结果]10%、20%、30%利福平-PLGA微球-磷酸钙骨水泥试件的总孔隙率,大孔率和抗压强度分别为(54.76±1.31)%、(13.67±1.62)%、(11.89±0.96)MPa;(63.76±1.35)%、(23.87±1.67)%、(4.8±0.68)MPa;(72.97±1.10)%、(37.87±2.08)%、(1.03±0.65)MPa。rBM-SCs在利福平/PLGA微球/磷酸钙骨水泥复合材料上生长较好,细胞增殖及碱性磷酸酶水平与空白对照组有明显差异(P<0.05),依据生物材料细胞毒性实验琼脂覆盖法测定材料细胞毒性为0-Ⅰ级。利福平缓释效果优于利福平-CPCs组(P<0.05),且利福平-PLGA微球-CPCs能在较长时间内保持在利福平的最低抑菌浓度(MIC)10倍以上。利福平-PLGA微球-CPCs试件植入体内12周时,材料降解明显快于利福平-CPCs试件组,实验组材料植入区的骨长入率为(84.56±1.47)%,明显高于对照组的(10.56±1.34)%(P<0.05)。[结论]利福平-PLGA微球可显著提高磷酸钙骨水泥的孔隙率促进其降解,微球降解形成互相连通的大孔隙(>50μm)显著提高了骨细胞的长入率,从而加速CPCs降解;同时利福平药物能较长时间缓释,在结核病灶局部能长时间维持有效的抗结核药物浓度,有望达到有效降低骨结核术后复发率的目的,可用于结核性骨缺损的修复与骨重建。

三种多孔磷酸钙骨水泥体外研究比较

目的：探讨以不同方法制备的三种多孔磷酸钙骨水泥（Calcium phosphate cement, CPC）的理化特性、生物相容性及强度的差异.方法：将20wt%甘露醇（A组）、5wt%碳酸氢钠（B组）及5wt%明胶微球（C组）分别与CPC粉末混合固化制备多孔CPC.生理盐水浸泡1周、4周后,测定材料孔径率及抗压强度,电镜观察材料断面,X线衍射法检测CPC的转化情况.成骨细胞接种于各组CPC支架上,扫描电镜观察细胞形态;三组材料浸提液分别与成骨细胞共培养3 d,MTT法测定细胞增殖率,试剂盒检测碱性磷酸酶水平.结果：浸泡1周后C组孔径率稍低,4周后各组无明显差异;但两个时间点C组强度均最高.材料断面扫描A组孔径较大、连通性欠佳,B组孔径极不规则且分布不均匀,C组孔径规则、连通性好.1周后X线衍射显示三组均出现羟基磷灰石衍射峰;4周后C组羟基磷灰石衍射峰最强,磷酸四钙衍射峰最弱.成骨细胞在各组材料上生长良好,但C组细胞量最多,细胞增殖及碱性磷酸酶水平明显高于其他两组.结论：以明胶微球制备的多孔CPC具有较高的初始强度及较好的生物相容性,可作为非负重部位骨替代材料.