负载rhBMP-2钙磷硅基活性骨修复材料的3D打印构建及生物学性能研究

目的构建一种新型钙磷硅基活性骨修复材料,研究材料成分、孔道结构和是否负载生长因子对支架力学性能、细胞黏附性能和骨组织形成过程的影响。方法以磷酸钙骨水泥(CPC)、介孔硅酸钙(MCS)为原料,采用3D打印技术构建不同孔道结构的MCS/CPC复合支架,在扫描电子显微镜下观察支架内部孔道结构,通过万能力学试验机测试各组支架的最大抗压力学性能,用四甲基偶氮唑盐法测试各组支架的细胞黏附性能。建立大鼠颅骨原位缺损修复模型,在支架上负载重组人骨形态发生蛋白(rhBMP)-2制备得到钙磷硅基活性多孔支架(MCS/CPC/rhBMP-2),考察CPC、MCS/CPC和MCS/CPC/rhBMP-2支架的组织相容性与成骨性能。结果采用3D打印技术能够实现对钙磷硅基骨修复支架内部孔道结构的可控制备。垂直孔设计大小为350μm的MCS/CPC支架具有适宜的孔隙率和抗压力学强度(分别为56.6%和9.8 MPa);细胞相容性良好,有利于细胞黏附。负载rhBMP-2可显著加快新生骨组织形成,植入MCS/CPC/rhBMP-2复合支架初期纤维组织即可在连通孔道中自由生长,在植入12周后,MCS/CPC/rhBMP-2支架新生骨面积明显高于CPC和MCS/CPC支架,且新生骨组织形成过程与颅骨膜内成骨过程相似,具有一定的仿生效应。结论采用3D打印法制备的MCS/CPC/rhBMP-2支架材料具有规则的连通孔道,力学性能良好,促进成骨效果优异,是理想的新型骨缺损修复材料。

3D生物描绘孔结构可控钙磷硅基骨修复支架的生物力学性能

目的设计和制备新型钙磷硅基骨修复支架，研究其在不同外力作用下体外生物力学性能。方法以自固化磷酸钙骨水泥（calcium phosphate cement，CPC）、介孔硅酸钙（mesporous calcium silicate，MCS）为原料，通过3D生物描绘技术构建孔径分别为350、500μm的MCS／CPC复合支架。采用扫描电镜观察支架表面形貌；分别通过万能力学试验机和动态力学分析仪，考察具有不同孔道结构MCS／CPC支架的抗压力学性能和不同频率动态周期性载荷作用下的力学性能。结果通过3D生物描绘技术能够实现对钙磷硅基骨修复支架内部孔道结构的可控制备。孔径为350μm的MCS／CPC支架具有较高的抗压力学强度[（9．80±0．39）MPa]和抗压模量[（132．50±4．30）MPa]；此外，载荷频率在1—100Hz范围内，孔径为350μm的支架具有较高的储能模量。结论通过3D生物描绘技术制备的孔径为350μm的MCS／CPC复合支架不仅具有规则的连通孔道，还具有较高的抗压力学性能，能在动态载荷作用下保持结构稳定，适合作为一种新型的骨缺损修复材料。