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。

骨水泥及磷酸钙生物活性骨水泥

聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥作为骨修复材料在骨修复和硬组织置换中发挥着重要作用。由于其自身的某些缺点，用新型骨修复材料取代聚甲基丙烯酸甲酯已成为必然，并取得了很大进展。磷酸钙骨水泥高的生物相容性和易于塑型的特点使其成为研究热点。本文综述了聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥及新型骨水泥，特别是磷酸钙生物活性骨水泥的研究进展。

α-磷酸三钙骨水泥自固化制备多孔磷酸钙复相陶瓷

以聚氨酯泡沫为多孔模板，α-磷酸钙骨水泥为浆料体系，将浸渍法和骨水泥自固化特性相结合，制备大孔尺寸为200～400μm、贯穿式微孔尺寸约为1μm的多孔磷酸钙复相陶瓷支架。研究了分散剂聚丙烯酸钠对羟基磷灰石成核、生长的影响，以及烧成温度与相组成的相关性。结果表明：浆料中分散剂聚丙烯酸钠对羟基磷灰石的成核有明显抑制作用；骨水泥水化反应过程中生成的针状、片状羟基磷灰石通过交联形成微孔结构，可避免干燥时裂纹的产生；经1200℃烧结的多孔陶瓷支架由羟基磷灰石、β-磷酸三钙和少量未水化完全的α-磷酸三钙组成。

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。

磷酸钙骨水泥化学活性及机械性能研究

在研究磷酸四钙制备方法的基础上,讨论其化学活性,发现该物质在高温时热稳定性不好,易于向能量更低的羟基磷灰石转化;在室温下又容易吸附空气中的水分子,发生缓慢水解.因此最好真空保存.

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。

机械活化增强多孔磷酸钙骨水泥支架的研究

本研究采用球磨对磷酸钙骨水泥(CPC)起始粉末进行机械活化处理,以期改善CPC力学性能,并探讨了其影响机理。采用激光粒度仪、比表面积测量仪和X射线衍射仪(XRD)表征球磨后的CPC粉末(Ball milling CPC,BCPC)。利用发泡法制备多孔BCPC支架,采用万能力学试验机、XRD和扫描电子显微镜(SEM)表征多孔BCPC支架。结果显示,球磨后的BCPC粉末平均粒径减小,比表面积增大,表观密度、堆积密度及紧密密度减小。BCPC支架孔隙率为(77.98?0.58)%,抗压强度为(4.11?0.46)MPa,相比CPC支架的(64.23?2.32)%和(1.99?0.43)MPa有显著提高。SEM结果显示BCPC支架具有数微米和数百微米的两种孔隙结构。XRD结果表明机械活化作用降低了DCPD、?-TCP、Ca CO3和HA的晶粒尺寸和结晶度,促使DCPD向DCPA转化,促进了各相磷酸钙盐的水化和HA的沉积,提高了BCPC支架的力学性能,为增强Ca P基多孔材料的力学性能和扩展其临床应用提供了新途径。

多孔磷酸钙/骨基质明胶复合骨水泥的构建及理化特性

背景:磷酸钙骨水泥具有良好的生物相容性和骨传导性及可降解性,可用于修复骨缺损,但单一的磷酸钙骨水泥脆性大,不具有骨诱导活性,生物活性差。目的:构建多孔磷酸钙/骨基质明胶复合骨水泥,分析其理化特性。方法:提取兔骨基质明胶,制作聚乳酸-羟基乙酸共聚物[poly(lactic-co-glycolic) acid,PLGA]空白微球,将PLGA微球(质量分数分别为0,5%,10%,对应制作的骨水泥分别设为空白组、5%组、10%组)、骨基质明胶与磷酸钙骨水泥复合,构建多孔磷酸钙/骨基质明胶复合骨水泥,考察3种复合骨水泥的微观结构、凝固时间、可注射性、抗溃散性、孔隙率及降解特性。将骨髓间充质干细胞分别与3种复合骨水泥浸提液共培养,14 d内检测细胞增殖率。将3种复合骨水泥材料分别植入新西兰兔腰椎椎体骨缺损内,12周后采用Micro-CT分析材料对骨缺损的修复作用。结果与结论:(1)与空白组比较,5%组、10%组复合骨水泥凝固时间减少(P <0.05),孔隙率增大(P <0.05),抗压强度、弹性模量降低(P <0.05),可注射性变差,抗扩散性弱,体外降解加速;与5%组比较,10%组复合骨水泥凝固时间减少(P <0.05),孔隙率增大(P <0.05),抗压强度、弹性模量降低(P <0.05),抗扩散性弱,体外降解加速;(2)与空白组复合骨水泥比较,5%组、10%组复合骨水泥可促进骨髓间充质干细胞的增殖(P <0.05);(3)3种骨水泥材料植入12周后的Micro-CT显示,骨缺损处均有新骨生成,5%组、10%组兔骨缺损部位骨密度、骨体积分数、骨小梁厚度、骨小梁数量均明显高于空白组(P <0.05),骨小梁分离度均低于空白组(P <0.05);(4)结果表明质量分数为5%PLGA微球与骨基质明胶、磷酸钙骨水泥复合构建的骨水泥,具有良好的力学强度、降解性能、可操作性、细胞相容性及骨诱导活性。

磷酸钙生物活性骨水泥的制备及其性能的研究

分别用四种添加剂（含Ｋ＋与Ｎａ＋的磷酸氢盐水溶液）调和α－ＴＣＰ／ＤＣＰＤ骨水泥系统，并将硬化物浸入３７℃的生理盐水（０．９％）中，对不同添加剂和浸入时间的骨水泥硬化物进行了相成分、化学成分、显微结构与力学强度等分析，将骨水泥植入兔的股骨肌肉中进行了动物实验考察，再用光镜观察植入样品的组织学切片．结果表明，所研制的骨水泥最大抗压强度可达１５ＭＰａ，且具有良好的生物相容性和生物活性．着重探讨了骨水泥抗压强度与浸入时间和相成分等的关系．

磷酸钙骨水泥的生物相容性

磷酸钙 (α TCP/TTCP)复合骨水泥具有良好的水硬性能 ,与固化液按固液比为 1.5 0 g/mL拌和后 ,凝固时间可调 ,抗压强度达 45 .36MPa ,其水化产物为羟基磷灰石 (HAP)。通过体外模拟溶解实验表明 ,α TCP/TTCP骨水泥具有一定的溶解性能。通过体外实验、动物实验 ,结合SEM和EPMA观察表明α TCP/TTCP骨水泥不会产生全身或局部毒性反应 ,对肌肉无刺激 ,不致溶血、凝血 ,不引起炎症和排斥反应等 ,有利于骨组织长入并与骨组织紧密接触。α TCP/TTCP骨水泥在动物体内可继续水化硬化 ,且随着植入时间的延长 ,材料与宿主骨完全融合在一起。α TCP/TTCP骨水泥具有优良的生物相容性和生物活性 ,具有一定的降解性能和较好的成骨作用 ,适合于作为骨缺损的填充材料。

复合抗生素对磷酸钙骨水泥理化性质影响作用的研究

目的 :研究复合抗生素对磷酸钙骨水泥理化性质的影响。方法 :将不同剂量的头孢他啶和去甲万古霉素与磷酸钙骨水泥复合 ,检测固化时间、抗压强度及固化产物。结果 :在加入量 <5 %的情况下 ,随加入抗生素量的增加 ,水泥固化时间缩短 ,抗压强度降低 ,但仍高于正常松质骨抗压强度 ,固化产物仍为碳酸化羟基磷灰石。结论 :磷酸钙水泥固化反应温和 ,不影响药物活性 ,复合一定量抗生素对其理化性质影响不大 ,是理想的抗生素载体。

肌肉及骨内植入磷酸钙骨水泥/骨形态发生蛋白成骨分析

目的成骨能力和降解性能是评价骨移植材料的重要指标,通过研究磷酸钙骨水泥(calciumphosphatecement,CPC)/骨形态发生蛋白(bonemorphogeneticprotein,BMP)(CPC/BMP)复合人工骨在肌肉和骨缺损处的成骨性能和降解规律,探讨其临床应用价值。方法研制CPC/BMP复合物,植入小鼠肌袋和兔桡骨15mm骨缺损,以大体观察、扫描电镜和能谱分析的方法研究材料周围新骨形成的特点和CPC/BMP变化规律。结果CPC植入小鼠肌袋内不能诱导成骨,CPC/BMP植入后有新骨生成,同时材料出现降解。植入骨缺损后,CPC/BMP复合物和单纯的CPC均可以促进新骨形成,但后者骨修复能力弱,材料降解速度缓慢。CPC/BMP植入4周有新骨形成,材料形态出现变化,晶体结构被逐渐破坏。24周有板层骨长入并与材料紧密结合,骨缺损初步修复,材料被溶解成规则的蜂窝状框架结构。X-射线能谱分析结果表明,随着时间的延长,新骨钙化程度逐渐增高,24周时已经与正常骨接近。结论CPC/BMP生物活性人工骨降解性能理想,对骨缺损有较强的修复能力,可望成为新型的骨缺损修复材料。

磷酸钙骨水泥的研究进展

磷酸钙骨水泥是目前研究最多并被认为是最有发展前途的一种生物活性骨水泥。综述了磷酸钙骨水泥生物材料的开发与研究。首先简要介绍了磷酸钙骨水泥,然后分析了影响磷酸钙骨水泥强度的因素并重点综述目前提高强度的措施,最后展望了磷酸钙骨水泥的研究方向和应用前景。

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。

一种可注射生物活性磷酸钙骨修复材料的制备及表征

背景:针对当前自体骨和异体骨移植治疗骨缺损存在的种种问题,急需研制生物活性可降解人工骨修复材料,特别是磷酸钙骨修复材料,目前依然是国内外研究的热点之一。目的:旨在开发一种磷酸四钙基可注射生物活性磷酸钙骨修复材料。方法:通过磷酸四钙基磷酸钙骨水泥原粉和无水磷酸氢钙以及不同组分固化液在室温下(25℃左右)混合制成可注射活性骨水泥,并通过X射线衍射,水泥硬度测定,在模拟体液中崩解以及溶血实验和细胞毒性实验等方法进行研究,探索其固体成分构成、液相构成、煅烧及干燥温度等条件对其物理性能、生物学性能的影响,从而筛选出一种或多种综合性能优异的骨修复材料。结果与结论:1煅烧温度低于1 300℃时,磷酸四钙产量很少,只有当温度接近1 400℃时,可以得到比较纯净的磷酸四钙;2极冷条件因避免了空气中水分的影响,得到大量纯净的磷酸四钙,而慢冷后的产物主要为羟基磷灰石,这说明极冷对于获得纯净的磷酸四钙至关重要;3随着液相中柠檬酸溶液比例的提高,骨水泥浸泡液中的p H值和溶血率逐渐增大,这说明柠檬酸溶液很容易导致溶血;4通过体外细胞实验证实,在液相选择上,NH_4/Na比为2∶1的磷酸氢铵和磷酸氢钠溶液构成的骨水泥溶血率最低,细胞生物相容性最好,最有利于细胞生长;51 400℃煅烧后过筛得到的粉体组成的骨水泥初凝时间最短,p H值影响最小,崩解性不高,溶血率最低,对细胞的抑制作用更小,这说明经过1 400℃煅烧,过筛粉体得到的骨水泥更加适合临床应用。

可注射磷酸钙骨水泥复合材料研究进展

研制既具有多孔结构又具有足够力学强度的磷酸钙骨水泥材料是当前骨修复材料研究的热点之一。报道了研制的磷酸钙骨水泥复合材料,在植入初期具有较高的力学强度,植入后可渐渐降解成孔,为骨修复材料的研究提供了新的方法和途径。磷酸钙骨水泥复合材料以磷酸钙骨水泥为基体,在基体中加入具有生物降解性的微球形成复合材料,保证了复合材料植入初期有足够力学强度为新生组织提供支撑,防止自身的坍塌,而具有生物降解性微球的降解速度比磷酸钙骨水泥的固化体快,随着微球的降解在磷酸钙骨水泥基体中就会产生很多三维孔隙,利于细胞粘附生长,血管和神经长入,以及营养成分的渗入和代谢产物排出。这种结构设计使可体内降解成孔的磷酸钙骨水泥既具有足够力学强度又具有多孔结构,还可以通过改变不同材料的比例来调节复合材料的初始力学强度和降解速度。目前已研制成功了壳聚糖微球/磷酸钙骨水泥复合材料、聚羟基丁酸—戊酸酯(PHBV)/磷酸钙骨水泥复合材料,其凝固时间为10～15min,抗压强度达到30～40MPa,孔隙率70%～80%,孔径分布为100～300μm,并对复合材料的降解性、细胞相容性和动物体内植入试验进行了研究,表明所研制的材料具有良好的生物相容性,可降解性和成骨活性,是一种很有临床应用前景的可注射骨修复材料。

层状结构磷酸钙骨水泥组织工程支架材料的制备与表征

采用可溶粒子造孔法结合冷等静压成型技术,模拟扁骨的结构,制备了一种新型层状结构的多孔磷酸钙骨水泥组织工程支架材料,并用XRD和SEM等手段对其组成和结构进行了表征,用万能材料试验机测定了支架的抗压强度。结果表明,材料由致密层和多孔层构成,具有与扁骨类似的结构。其中致密层起到了增强作用,可以显著提高支架的强度。支架多孔层的孔隙率(77.26±1.99)%,孔隙直径在100～400μm,决定于可溶盐晶粒的大小;致密层的孔隙率(20.78±0.56)%,主要是磷酸钙骨水泥固化过程中产生的微孔。