本文關(guān)鍵詞：3D打印間孔結(jié)構(gòu)人工骨支架復(fù)合自體骨的異位成骨研究

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【摘要】：目的：1.采用CAD設(shè)計、3D打印技術(shù),制作出具有間孔結(jié)構(gòu)的β-磷酸三鈣材料人工骨支架,為動物實驗提供支架材料基礎(chǔ)。2.將人工骨支架與自體骨復(fù)合并植入兔背肌袋內(nèi),比較何種間孔孔徑的人工骨支架復(fù)合自體骨后異位成骨能力較強。方法：1.CAD設(shè)計人工骨支架的間孔直徑和孔間距參數(shù)：根據(jù)有限元模擬間孔結(jié)構(gòu)骨管的Von Mises應(yīng)力圖,應(yīng)力線明顯轉(zhuǎn)折點均位于0.8X,即當孔間距為孔徑的0.8倍時,孔徑與孔間距的搭配最為合適,這也是最小孔間距的安全臨界值。因為當孔間距倍數(shù)繼續(xù)減小后,最大Von Mises應(yīng)力會急劇上升,增加了骨管模型的變形風險。當孔間距為孔徑的0.8倍時,骨管的力學(xué)強度在安全范圍內(nèi),而骨管上能鉆孔的數(shù)量可達到最多,意味著能復(fù)合的自體骨量也能達到最大量。2.3D打印間孔結(jié)構(gòu)β-磷酸三鈣人工骨支架：首先采用液相沉淀法制備微納米β-磷酸三鈣粉體原料,再將粉體原料配制成高固相含量漿料,灌入3D打印設(shè)備。然后將CAD軟件設(shè)計的人工骨支架模型文件導(dǎo)入3D打印系統(tǒng),系統(tǒng)中的快速成型軟件對模型進行切片分層,并按照切片分層得到的二維界面輪廓圖進行橫向和縱向相交替的、有規(guī)律并精確的分層堆積、固化。最后,通過逐層堆積,一步步地順序疊加成具有間孔結(jié)構(gòu)的β-磷酸三鈣人工骨支架。3.將兔自體髂骨粒填塞復(fù)合至人工骨支架的間孔內(nèi)并整體植入兔背肌袋：骨刀鑿取兔髂骨塊大小約13mm*25mm,并剪成碎骨粒,填塞復(fù)合至β-磷酸三鈣人工骨支架的間孔中,盡可能地填塞緊密。4.分別在術(shù)后第1、第3、第5個月行X線片、核素骨顯像檢查,并取材行大體標本觀察、Micro-CT掃描、HE染色、Masson染色和免疫組化COL-1染色觀察。結(jié)果：1.CAD設(shè)計人工骨支架的間孔孔徑與孔間距配對參數(shù)為4.5mm/3.6 mm、3.5 mm/2.8mm、2.5 mm/2.0 mm,支架的主體部分設(shè)計成網(wǎng)格狀的微孔結(jié)構(gòu),微孔孔徑Φ=400μm。這種人工骨支架的間孔結(jié)構(gòu)用于填塞復(fù)合自體骨,以利于形成多個異位骨化中心。網(wǎng)格狀的微孔結(jié)構(gòu)適合早期毛細血管網(wǎng)的貼附長入及后期新生骨的爬行替代。2.3D打印的人工骨支架與設(shè)計模型的大小尺寸無明顯差異,且無形態(tài)改變,支架的間孔區(qū)域能夠滿足下一步動物實驗中復(fù)合植入自體骨的需求。人工骨支架的掃描電鏡圖像結(jié)果可見網(wǎng)格狀微孔排列整齊,微孔孔徑大小均勻一致,孔徑約為400μm,微孔之間的互連相通,且支架材料的表面還具有從幾個納米到幾個微米不等的天然氣孔。這種多級孔隙結(jié)構(gòu)有利于細胞、組織的長入及爬行。3.兔自體骨粒與人工骨支架緊密復(fù)合,并整體植入兔背肌袋內(nèi),手術(shù)過程順利。4.術(shù)后大體標本可見支架周圍有明顯新生血管網(wǎng)形成。術(shù)后X線片可見隨植入時間的延長,支架密度逐漸減低,輪廓逐漸模糊。術(shù)后核素骨顯像可見復(fù)合自體骨的支架材料有少量代謝顯影。術(shù)后Micro-CT掃描、三維重建后可見隨時間延長,材料逐漸吸收,3.5mm孔徑支架的新骨形成較好。術(shù)后1個月HE染色結(jié)果可見實驗組與對照組材料均有大量新生血管形成,術(shù)后3個月HE染色結(jié)果可見3.5mm孔徑支架內(nèi)有少量新生骨形成,術(shù)后5個月HE染色結(jié)果可見3.5mm孔徑支架內(nèi)有大量新生骨形成。Masson染色和COL-1免疫組化染色結(jié)果顯示：術(shù)后第1個月時實驗組與對照組支架材料無明顯差異,術(shù)后第3、5個月時,3.5mm孔徑支架的新骨形成表現(xiàn)最好。CD31和VEGF免疫組化染色結(jié)果顯示實驗組與對照組支架材料在各時間點均無明顯差異。結(jié)論：1.CAD設(shè)計、3D打印的β-磷酸三鈣人工骨支架,具有三級孔隙結(jié)構(gòu),其內(nèi)部微孔和材料表面天然孔隙有利于細胞、組織的早期長入,其間孔結(jié)構(gòu)符合自體骨植入要求,為異位成骨實驗提供了材料基礎(chǔ)。2.3.5mm孔徑的間孔結(jié)構(gòu)人工骨支架復(fù)合自體骨后,在兔背肌袋內(nèi)的異位成骨能力較強,且能誘導(dǎo)新生血管早期形成并長入,為臨床上采用間孔結(jié)構(gòu)人工骨支架復(fù)合自體骨粒修復(fù)大節(jié)段骨缺損提供了一種新思路。
【關(guān)鍵詞】：3D打印 間孔結(jié)構(gòu)人工骨支架 異位成骨
【學(xué)位授予單位】：廣州中醫(yī)藥大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：R318.08;R687
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 引言10-12
• 第一章 CAD設(shè)計、3D打印間孔結(jié)構(gòu)人工骨支架12-21
• 1.1 前言12-13
• 1.2 材料與方法13-17
• 1.2.1 實驗材料13
• 1.2.2 實驗方法13-17
• 1.3 實驗結(jié)果17-18
• 1.3.1 3D打印具有間孔結(jié)構(gòu)的β-磷酸三鈣人工骨支架17-18
• 1.3.2 β-磷酸三鈣人工骨支架電鏡掃描18
• 1.4 討論18-21
• 第二章 間孔結(jié)構(gòu)人工骨支架復(fù)合自體骨的異位成骨研究21-38
• 2.1 前言21-22
• 2.2 實驗材料22-23
• 2.2.1 實驗動物22
• 2.2.2 實驗器材及用品22-23
• 2.2.3 實驗計劃23
• 2.3 實驗方法23-26
• 2.3.1 實驗動物分組23
• 2.3.2 實驗動物麻醉23-24
• 2.3.3 實驗動物髂骨取骨24
• 2.3.4 實驗動物自體骨粒復(fù)合人工骨支架24-25
• 2.3.5 實驗動物肌袋造模25
• 2.3.6 人工骨支架材料植入實驗動物肌袋25-26
• 2.3.7 術(shù)后處理26
• 2.3.8 術(shù)后取材26
• 2.4 實驗觀察26-27
• 2.4.1 實驗動物一般情況觀察26
• 2.4.2 X線片檢查26
• 2.4.3 核素骨掃描檢查26
• 2.4.4 植入標本大體觀察26
• 2.4.5 Micro-CT掃描26
• 2.4.6 組織切片26-27
• 2.5 實驗結(jié)果27-36
• 2.5.1 實驗動物一般情況27
• 2.5.2 X線片檢查27-28
• 2.5.3 核素掃描檢查28-29
• 2.5.4 植入標本大體觀察29-30
• 2.5.5 Micro-CT掃描30-31
• 2.5.6 組織切片染色觀察31-36
• 2.6 討論36-38
• 結(jié)語38-39
• 參考文獻39-42
• 附錄 文獻綜述42-54
• 參考文獻50-54
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文及參與科研情況54-55
• 致謝55-56
• 附件56

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本文編號：1118937