【摘要】：[研究背景] 骨缺損和人工關(guān)節(jié)置換術(shù)后假體松動是當今骨科醫(yī)生及科研工作者面臨的兩大難題。 骨缺損可由感染、腫瘤、創(chuàng)傷以及各種先天性疾病引起。臨床上修復(fù)骨缺損的方法有自體骨移植、同種異體骨移植、骨移植替代材料等。自體骨移植存在來源有限,術(shù)后并發(fā)癥多及手術(shù)時間長等缺點,且自體骨術(shù)后并發(fā)癥亦可達8%；同種異體骨也存在致病性和免疫原性等缺陷；骨移植替代材料體內(nèi)吸收相對較緩慢、成骨能力差。尋找一種理想的骨缺損修復(fù)方法迫在眉睫。 人工全髖關(guān)節(jié)置換已有百余年的歷史,手術(shù)技術(shù)已達到成熟和標準化,然而與該術(shù)式有關(guān)的術(shù)后并發(fā)癥仍屢見不鮮。無菌性松動為人工髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后最主要的一個晚期并發(fā)癥,被認為是導(dǎo)致假體松動翻修的主要原因。假體表面涂層及局部使用生長因子等多種方法已被用來增加人工髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后假體的骨整合率,從而降低術(shù)后假體松動的發(fā)生率。重組人骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2(recombinant human bone morphogenetic protein-2, rhBMP-2)作為轉(zhuǎn)化生長因子超家族的一員,已被證實是增加人工全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后骨整合的最有效的生長因子。然而,它的一些缺陷(價格高、保質(zhì)期短)限制了其在臨床的廣泛應(yīng)用。尋找一種經(jīng)濟的替代品勢在必行。 他汀類藥物(statins)是羥甲基戊二酰輔酶A(HMG-CoA)還原酶抑制劑,該種藥物通過競爭性抑制內(nèi)源性膽固醇合成限速酶(HMG-CoA)還原酶,阻斷細胞內(nèi)羥甲戊酸代謝途徑,從而降低膽固醇的合成�，F(xiàn)在臨床上被廣泛應(yīng)用于高血脂的治療。自1999年Mundy等提出他汀類藥物能夠促進成骨以來,辛伐他汀在骨代謝中的作用引起了人們極大的關(guān)注。研究表明辛伐他汀通過刺激骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2(BMP-2)的表達促進成骨分化。還有研究表明辛伐他汀能通過促進骨髓間充質(zhì)干細胞的成骨分化,抑制其成脂肪細胞分化,促進成骨。Takenaka等研究表明辛伐他汀能促進血管內(nèi)皮細胞生長因子(VEGF)的表達,從而促進成骨。辛伐他汀促進成骨的作用在體內(nèi)也已經(jīng)得到證實。 本研究的目的是探討辛伐他汀對骨缺損的修復(fù)和促進人工關(guān)節(jié)置換術(shù)后假體骨整合的作用。本研究共分三個部分,第一部分和第二部分是研究辛伐他汀在骨缺損中的應(yīng)用：以十二烷基硫酸鈉為發(fā)泡劑制備載辛伐他汀大孔磷酸鈣骨水泥,并對其理化性質(zhì)、體內(nèi)生物相容性、體內(nèi)釋放動力學(xué)和骨缺損修復(fù)能力進行評價。第三部分是研究辛伐他汀在促進人工髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后假體骨整合中的應(yīng)用：以犬人工髖關(guān)節(jié)置換模型為基礎(chǔ),探討人工關(guān)節(jié)置換術(shù)后注射辛伐他汀對假體骨整合的影響。 第一部分載辛伐他汀大孔磷酸鈣骨水泥的制備及其理化性質(zhì)的研究 [目的] 將SDS溶于CPC液相,將SIM與CPC固相混合,制備載SIM大孔CPC。并對其初始凝固時間、力學(xué)性能、孔隙率、相轉(zhuǎn)化等理化性質(zhì)進行評價。 [方法] 將不同量(20mM、300mM)十二烷基硫酸鈉(SDS)溶于Na2HPO4中作為液相。將不同量(1%、5%、10%)辛伐他汀粉末(SIM)混入CPC固相,固相液相混合比例為2.5g/ml,制備圓柱形樣本(直徑5mm,高度10mm)。根據(jù)ASTM-C266-89標準,采用Gillmore法測定樣本的初始凝固時間；根據(jù)密度法計算樣本的孔隙率；將浸潤于生理鹽水中的骨水泥樣本分別于第3d和第7d時取出行X射線衍射檢測；骨水泥漿注入不銹鋼磨具中,37℃,100%濕度,放置24h,測量樣本壓縮強度；力學(xué)測試后樣本斷裂面表面噴今后掃描電鏡下觀察。 [結(jié)果] SDS對骨水泥的初始凝固時間無明顯影響,但其可顯著降低骨水泥的壓縮一強度；掃描電鏡結(jié)果示：SDS加入骨水泥液相后,可見球形大孔均勻分布于骨水泥中,大孔的直徑在50μ m到120μm之間,當SDS濃度為300mM時,孔隙率可達26.7%；沉積羥基磷灰石結(jié)晶的尺寸隨著SDS濃度增加而減小。SIM對骨水泥初始凝固時間無顯著影響；支架內(nèi)SIM含量達10%時可顯著降低CPC的壓縮強度；掃描電鏡結(jié)果顯示SIM表面有羥基磷灰石結(jié)晶沉積,SIM對大孔形狀、結(jié)晶尺寸無影響；X射線衍射檢測結(jié)果表明：理鹽水浸潤7d后,所有樣本的主要成分為羥基磷灰石結(jié)晶。 [結(jié)論] SDS對CPC的初始凝固時間、相轉(zhuǎn)化無顯著影響；SDS可抑制羥基磷灰石結(jié)晶的生長,產(chǎn)生更多、尺寸更小的結(jié)晶,這些小的結(jié)晶相互纏繞可部分補償大孔導(dǎo)致的CPC力學(xué)性能的下降。少量的SIM對CPC的理化性質(zhì)無顯著干擾,當含量達到10%時,可顯著降低CPC的力學(xué)性能。 第二部分載辛伐他汀大孔磷酸鈣骨水泥體內(nèi)生物學(xué)性質(zhì)的研究 [目的] 評價載辛伐他汀大孔磷酸鈣骨水泥植入兔肌肉內(nèi)的生物相容性,然后根據(jù)肌肉植入實驗結(jié)果,選擇生物相容性好、樣本內(nèi)部連通性好的樣本植入兔股骨髁骨缺損,對其修復(fù)骨缺損的可行性進行評價。 [方法] 將60只新西蘭大白兔(2.0-2.4kg)隨機分成12組,靜脈全身麻醉下將骨水泥柱(直徑5mm,高度10mm)植入背部肌肉內(nèi)。術(shù)前及樣本植入肌肉后4w,分別經(jīng)耳緣靜脈抽取空腹血測定血清總膽固醇濃度。植入4w,將骨水泥樣本連同其周圍的軟組織一同取出。脫鈣、切片、HE染色。光鏡下觀察樣本周圍軟組織情況及軟組織在大孔內(nèi)長入情況。并根據(jù)軟組織組織學(xué)反應(yīng)分級標準半定量評價樣本的組織相容性。 將24只新西蘭大白兔(2.2kg)隨機分成4組(S0-M1,S0-M10,S300-M1,S300-M10),每組6只。靜脈全身麻醉下將骨水泥柱(直徑5mm,高度10mm)植入背部肌肉內(nèi)。高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法測定血中辛伐他汀濃度,紫外分光光度儀測量樣本中辛伐他汀殘余百分比。 將24只新西蘭大白兔(平均體重3kg)隨機分成3組(空白對照組、S300-M0組和S300-M1組)。靜脈全身麻醉下將骨水泥柱(直徑5mm,高度10mm)植入左側(cè)股骨髁內(nèi)。樣本植入股骨髁骨缺損后4w,拍攝雙膝關(guān)節(jié)正側(cè)位X線片。植入4w,將骨水泥樣本連同其周圍的骨組織一同取出,切片行林春紅染色和Von-Gieson染色。計算新骨形成面積及骨-材料接觸率。 [結(jié)果] 含有相同量的SIM,隨著大孔率的增加,術(shù)后總膽固醇濃度較術(shù)前降低的程度變大,在大孔率相同的情況下,隨著SIM含量的增加,總膽固醇濃度的降低率逐漸增大。在對照組、不含SIM及含1%SIM的大孔CPC組中樣本和周圍的肌肉組織之間有一層纖薄的纖維層,無炎癥反應(yīng)發(fā)生。在含有5%SIM的微孔CPC組和大孔CPC組中,可見到更加厚的纖維組織帽及輕度的炎癥反應(yīng)。含有10%SIM的微孔CPC組和大孔CPC組中,樣本周圍可見到肌肉壞死層,在壞死層和正常的肌肉組織間還可見到炎癥細胞浸潤層。 高劑量組(S0-M10,S300-M10)中辛伐他汀持續(xù)釋放時間超過30d,低劑量組(S0-M1,S300-M1)植入5d后血中辛伐他汀濃度低于可檢測范圍。大孔磷酸鈣骨水泥的釋放量顯著高于含相同量辛伐他汀的微孔骨水泥。S300-M1,S0-M1,S300-M10和S0-M10組中辛伐他汀殘余百分比分別為71.6%,75.6%,82.2%和87.5%。植入術(shù)后30d,微孔骨水泥中辛伐他汀的殘余百分比顯著高于含有相同量辛伐他汀的大孔骨水泥。高劑量組(S0-M10,S300-M10)中的辛伐他汀殘余百分比顯著高于低劑量組(S0-M1,S300-M1)辛。 術(shù)后4w,X線片顯示S300-M0組邊緣銳利,較S300-M1組邊界清晰。組織學(xué)結(jié)果表明,S300-M1組樣本周圍被一層新生骨組織包繞,S300-M1組和S300-M0組樣本外緣球形空隙內(nèi)可見新生骨組織長入。對照組(未植入樣本)僅在骨缺損的邊緣有少量新生骨形成。組織形態(tài)學(xué)結(jié)果表明S300-M1組新生骨面積(7.4±3.3%)顯著高于S300-M0組新生骨面積((3.6±1.4%；p0.05)。S300-M1組骨-材料接觸率((78.4±23.5%)顯著高于S300-M0組骨-材料接觸率((54.3±14.6%；p0.01)。 [結(jié)論] 利用SDS為發(fā)泡劑制備的大孔磷酸鈣骨水泥具有良好的生物相容性。大量的SIM(10%)載入大孔CPC中可導(dǎo)致細胞壞死,并引起嚴重的炎癥反應(yīng)。少量SIM(1%)載入大孔CPC中具有良好的生物相容性,并且能夠增加大孔CPC的成骨性能。 第三部分辛伐他汀對犬人工全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后骨整合的影響 [目的] 以犬人工全髖關(guān)節(jié)置換模型為基礎(chǔ),探討術(shù)后注射辛伐他汀是否能促進人工全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后骨整合。 [方法] 將15只犬隨機分成3組,均接受左側(cè)人工全髖關(guān)節(jié)置換術(shù),每組5只。分別為高劑量組、低劑量組和對照組。高劑量組術(shù)后接受皮下注射辛伐他汀6.0mg/(kg·d),時間30d；低劑量組后接受皮下注射辛伐他汀3.0mg/(kg·d),時間30d；對照組后接受皮下注射生理鹽水3.0mg/(kg·d),時間30d。術(shù)前及術(shù)后12w,分別經(jīng)中心靜脈抽取空腹血測定血清總膽固醇濃度。術(shù)后12w,取出股骨,自小轉(zhuǎn)子下方5mm處,沿股骨橫斷面截取10mm厚的股骨段,每組3例固定、PMMA包埋、切片、行Von-Gieson染色,計算骨-假體接觸率,2例行生物力學(xué)測試。生物力學(xué)檢測推出的假體,表面噴碳后,掃描電鏡下觀察,記錄微觀形態(tài)；能譜分析儀測定假體表面的沉積物的元素組成。 [結(jié)果] 術(shù)后12w血清總膽固醇檢測結(jié)果示,高劑量組血清總膽固醇降低率為32%,低劑量組降低率為19%。高劑量組剪切強度為3.1±0.3Mpa,顯著高于低劑量組(2.2±0.1MPa；P0.05)和對照組(1.69±0.1MPa；P0.01)結(jié)果。掃描電鏡下可見3組股骨柄假體表面均有高密度物質(zhì)沉積,高劑量組高密度沉積物的面積明顯高于低劑量組和對照組。X射線能譜分析結(jié)果顯示,高密度沉積物主要包含氮、硫、鈣、磷及氧等元素。組織形態(tài)學(xué)結(jié)果表明,高劑量組BIC為55.7%±4.0%顯著高于低劑量組(37.3%±4.2%；P0.05)和對照組的(30.5%±4.2%；P0.01)BIC。 [結(jié)論] 注射辛伐他汀能夠促進犬人工全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后假體的骨整合,為臨床應(yīng)用辛伐他汀提高人工全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后假體骨整合率奠定了一定的理論基礎(chǔ)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：R318.08

【參考文獻】

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本文編號：2361613