本文選題：磷酸鈣骨水泥　切入點：離子摻雜　出處：《華南理工大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：無機離子對骨修復材料的理化性能和生物學性能的提高具有顯著的促進作用,而生物活性物質也能夠明顯的提高骨修復材料的成骨性能。本文通過單一離子摻雜、多元離子摻雜以及在離子摻雜的基礎上復合生物活性物質,構建了具有多種功能的磷酸鈣骨水泥(Calcium phosphate cement,CPC),通過其物理化學性能和生物學性能的雙重改善來實現(xiàn)其臨床骨修復效果的提高。通過化學沉淀法合成含F(xiàn)e~(3+)的PCCP粉體(Fe-PCCP),Fe-PCCP晶體形貌隨著Fe~(3+)含量的不同而發(fā)生變化。以Fe-PCCP為原料制備了鐵摻雜的CPC(Fe-CPC)。Fe~(3+)摻量較低時,CPC的凝結時間稍微有所延長,但其抗壓強度和可注射性都有顯著提高。Fe~(3+)的摻入對CPC水化產物的物相沒有任何影響,并且對其水化反應有一定的促進作用。含F(xiàn)e~(3+)的CPC水化之后,內部出現(xiàn)大量針棒狀晶體、結構更加致密。經檢測,Fe-CPC具有超順磁性,從而可拓寬CPC在臨床上的應用范圍;并且隨著Fe~(3+)含量的提高,CPC的表面負電性逐漸增強。m BMSCs在含F(xiàn)e~(3+)的CPC表面展現(xiàn)出更好的鋪展形態(tài)和細胞活性、更高的細胞增殖速率、ALP活性以及成骨相關基因COL-I、OPN和Runx-2的表達量。細胞行為的變化與CPC中Fe~(3+)的摻入量有關。含F(xiàn)e~(3+)骨水泥規(guī)則的表面形貌以及表面負電荷的增加,促進了細胞在材料表面的黏附和鋪展。Fe-CPC釋放出的Fe~(3+)在貼近材料表面層的位置濃度較高,但該處Fe~(3+)濃度無法檢測。因此本文設計了一組平行對照實驗,模擬磁性材料中Fe~(3+)釋放后的環(huán)境,研究了培養(yǎng)在具有不同濃度Fe~(3+)的浸提液中的細胞行為的變化。Fe~(3+)濃度高時具有一定的細胞毒性,但Fe~(3+)在合適濃度范圍內(0-12.7μg/L)可以顯著的促進mBMSCs的增殖、ALP活性以及成骨分化相關基因表達。并且,合適濃度的Fe~(3+)能夠促進HUVECs的增殖和成血管相關基因VEGF和eNOS的表達。由此說明,Fe~(3+)在其安全濃度范圍內,具有有效的誘導成骨和成血管的功能。通過在Fe-CPC中載入生物活性物質乳鐵蛋白,來進一步提高材料前期的骨誘導性能。乳鐵蛋白的加入對Fe-CPC水化產物的物相沒有影響;當骨水泥基體中Fe含量相同時,隨著乳鐵蛋白含量的提高,骨水泥的凝結時間逐漸延長,抗壓強度逐漸降低。基體中Fe含量越高,乳鐵蛋白溶出越慢,因此Fe的存在對乳鐵蛋白的溶出起到了緩釋的作用。Fe和乳鐵蛋白對mBMSCs的成骨分化具有協(xié)同促進作用,且材料中的乳鐵蛋白的存在能夠抑制細胞凋亡,含量越高,抑制凋亡的效果越顯著。通過在CPC中添加不同含量的硅酸鋅(Zinc silicate,ZS)粉體,制備了同時摻雜硅和鋅兩種離子的骨水泥。ZS含量越多,抗壓強度越高,ZS含量為15 wt.%時,抗壓強度達到80 MPa;但ZS含量高時,凝結時間也有所延長。硅離子和鋅離子對HA晶體的生長有抑制作用,因此ZS的添加在一定程度上延緩了CPC的水化。ZS/CPC中的鈣、硅和鋅離子都有比較穩(wěn)定的溶出,并且離子的溶出量與ZS的含量呈正相關的關系,溶出的離子顯著促進了m BMSCs的增殖和成骨分化。適量ZS粉體的添加可以提高內皮細胞的活性和成血管性能。在所溶出離子的共同作用下,HUVECs的增殖隨著ZS粉體含量的提高呈先增加后降低的趨勢。純CPC在體內的降解速率較慢,與新骨生長速率不匹配。通過將ZS/CPC與PLGA微球復合,制備了可快速降解的骨水泥。PLGA微球的添加,對ZS/CPC的凝結時間和抗壓強度均造成了不利的影響,但骨水泥降解速率提高,8周的降解量已超過30%。Micro-CT檢測得知,PLGA微球在骨水泥基體內部均勻分布,說明微球降解后可在骨水泥內形成均勻的孔隙。將該骨水泥植入到新西蘭大白兔股骨缺損后發(fā)現(xiàn),PLGA微球降解形成的孔隙利于新骨的長入,新骨沿著骨水泥基體降解以及微球降解產生的孔隙逐漸長入材料內部,而骨水泥中ZS的存在明顯提高了新骨的生成量。本實驗說明,可快速降解的ZS/CPC在骨缺損的填充修復方面具有良好的應用前景。
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【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ132.32;R318.08
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本文編號：1574729