聚乳酸/羟基磷灰石/磷钙锌石复合支架促进大鼠骨质疏松性骨缺损愈合

目的探究将纳米磷钙锌石(nZCP)载入聚乳酸/羟基磷灰石(PLA/HA)制成复合支架(PHZ)后Zn2+的释放动力学及最佳nZCP含量。方法通过动态光散射(DLS)对nZCP的粒径大小进行测定,采用粉末X射线衍射(PXRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)分别对PLA/HA、PHZ复合支架以及nZCP的PXRD图谱、形貌、FTIR图谱进行了表征,此外用X射线能谱分析(EDS)对支架进行了元素分析,并测定支架压缩强度,电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)探究支架的离子释放过程;在体外实验中将PLA/HA、PHZ-1、PHZ-2、PHZ-3制备的浸提液处理rBMSCs细胞不同时间,CCK-8活性检测、死-活染色评价材料的生物相容性,用碱性磷酸酶(ALP)染色和活性分析、茜素红染色、实时荧光定量PCR(qPCR)及Western blot探究材料的促成骨性能;体内实验采用双侧卵巢切除合并股骨髁骨缺损模型,分组为PLA/HA、PHZ-1、PHZ-2、PHZ-3,术后6周和12周分别进行μCT扫描以及组织学染色评价骨修复情况。结果nZCP的DLS、PXRD、SEM、FTIR结果表明粒径10 nm ZCP的成功合成,支架PXRD、FTIR、EDS结果表明nZCP的成功负载,SEM显示支架呈现三维多孔结构,其内部有直径为40μm孔洞分布,nHA和nZCP均匀分布在支架中,PHZ-2(P<0.0001)和PHZ-3(P<0.0005)两组的压缩强度高于PLA/HA,ICP-MS离子释放实验结果表明PHZ-1、PHZ-2、PHZ-3所释放的Zn2+都在有效的促成骨浓度内。在体外细胞实验中,CCK-8和死-活染色实验结果表明,4组实验组都具有良好的生物相容性,含有不同质量nZCP的支架不同程度地增加了ALP活性(P<0.05)和细胞外基质矿化,并增加了ALP、RUNX相关转录因子2和骨钙素基因的转录和翻译(P<0.05)。在体内实验中,6周数据表明nZCP的掺入提高了材料的骨整合度,12周的数据观察到PHZ-2和PHZ-3相较于剩余两组骨缺损内有较多的新骨生成(P<0.05)。结论PHZ支架能够稳定释放Zn2+,促进骨质疏松性骨缺损愈合,PHZ-2和PHZ-3两组的成骨活性较好,此时的nZCP质量分数为4.5%~7.5%。