【摘要】：研究背景創(chuàng)傷、感染、腫瘤及先天性疾病導(dǎo)致的骨缺損是臨床治療的難點(diǎn)。自體骨移植是治療骨缺損的金標(biāo)準(zhǔn),但是存在供區(qū)破壞、二次損傷、來(lái)源有限,且難以用于較大骨缺損的治療。同種異體骨和重組異體骨存在疾病傳播、排斥反應(yīng)等不足。如何安全有效地治愈骨缺損是目前面臨的巨大挑戰(zhàn),因此研究新型的骨替代材料修復(fù)骨缺損成為臨床和基礎(chǔ)研究的熱點(diǎn)。研究目的研究醫(yī)用可降解的新型骨替代材料摻鈰硫酸鈣的促成骨作用。硫酸鈣具有良好的生物相容性和可降解性,其降解率與局部血管長(zhǎng)入、新骨形成的速度一致,且具有可塑性,可以根據(jù)骨缺損的形狀進(jìn)行個(gè)體化制備。但是存在骨誘導(dǎo)活性不足、機(jī)械強(qiáng)度較差等缺點(diǎn)。而鈰(Cerium,Ce)具有誘導(dǎo)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞向成骨細(xì)胞分化的潛能,同時(shí)具有促進(jìn)新生血管的生長(zhǎng),促進(jìn)細(xì)胞增殖、抑制細(xì)胞凋亡的作用。本課題研究制備新型的摻鈰硫酸鈣骨替代材料,將鈰作為一種骨誘導(dǎo)性因子與具有良好生物相容性和骨傳導(dǎo)性的硫酸鈣相結(jié)合,以增強(qiáng)骨替代材料的骨誘導(dǎo)活性,并在SD大鼠脛骨臨界性骨缺損模型中驗(yàn)證其促成骨作用,從而為骨缺損的治療提供新的方法,并為其臨床前應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。研究方法第一部分 摻鈰硫酸鈣骨替代材料的制備及理化性能驗(yàn)證通過(guò)機(jī)械混合法制備梯度濃度的摻鈰硫酸鈣(Ce-CS)。X射線衍射實(shí)驗(yàn)(XRD)分析材料的結(jié)構(gòu)組成;傅里葉紅外掃描實(shí)驗(yàn)(FTIR)分析材料的晶體結(jié)構(gòu);掃描電鏡(SEM)進(jìn)行形貌觀察;壓力測(cè)試測(cè)定鈰元素對(duì)材料機(jī)械強(qiáng)度的影響;第二部分 新型摻鈰骨替代材料的生物相容性制備不同濃度的摻Ce-CS浸提液;MTT法檢測(cè)浸提液的細(xì)胞毒性;CCK-8法檢測(cè)BMSCs的增殖情況;劃痕實(shí)驗(yàn)檢測(cè)BMSCs的遷移作用;熒光定量PCR檢測(cè)摻Ce-CS對(duì)BMSCs促成骨分化基因的表達(dá);Western-blot檢測(cè)梯度的Ce-CS對(duì)BMSCs促成骨基因β-catenin、Smad2/3、BMP2/7和OPN的表達(dá)水平;第三部分 摻鈰硫酸鈣材料的體內(nèi)骨修復(fù)功能建立SD大鼠臨界性脛骨缺損模型(48只,分4組,每組12只)植入不同摻鈰濃度的支架(0%,5%,10%)。X線和micro-CT檢測(cè)骨缺損的修復(fù)和新生骨的形成;HE染色和Goldner染色觀察新骨質(zhì)的生成及材料降解情況;免疫熒光法觀察新生骨質(zhì)周圍血管的生成。主要結(jié)果1.XRD和FTIR顯示Ce-CS的衍射光譜、紅外光譜與硫酸鈣類似;SEM顯示摻鈰材料表明圓鈍粗糙;摻鈰濃度為2.5%時(shí)機(jī)械強(qiáng)度最大23.45±1.35MPa,高于 CS 組的 21.25±1.31 MPa;2.梯度濃度摻鈰硫酸鈣培養(yǎng)L929細(xì)胞的增殖率差異沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,不同摻鈰濃度的硫酸鈣提取液毒性反應(yīng)均為Ⅰ級(jí),無(wú)細(xì)胞毒性;5%Ce-CS促進(jìn)BMSCs的增殖。劃痕實(shí)驗(yàn)顯示5%Ce-CS的劃痕愈合率最大。用1.25%Ce-CS和5%Ce-CS浸提液培養(yǎng)時(shí),BMSCs細(xì)胞內(nèi)成骨標(biāo)志物(ALP、OST、BSP、OCN)的表達(dá)量升高,轉(zhuǎn)錄因子RUNX2的表達(dá)量也比對(duì)照組高。3.X射線顯示術(shù)后4周支架可以吸收。空白對(duì)照組骨缺損擴(kuò)大,未觀察到新骨形成,CS、5%Ce-CS和10%Ce-CS組填充物密度逐步降低,CS組只出現(xiàn)少量新生骨,5%Ce-CS和10%Ce-CS組有密度較低的新生骨填充。Micro-CT:5%Ce-CS和10%Ce-CS組骨缺損處有大量新生骨質(zhì),骨缺損接近愈合。HE染色、Goldner三色染色顯示:空白對(duì)照組骨缺損明顯,填充組織為纖維結(jié)締組織。CS對(duì)照組骨缺損明顯凹陷,有少量新骨生成。5%Ce-CS組移植物周圍有大量新生骨質(zhì)生成。免疫熒光法顯示術(shù)后8周的5%Ce-CS和10%Ce-CS組骨缺損區(qū)可見大量血管內(nèi)皮標(biāo)志CD31+EMCN+形成。主要結(jié)論1.鈰元素的加入對(duì)硫酸鈣的晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成無(wú)明顯影響,隨著鈰濃度的升高,機(jī)械強(qiáng)度逐漸增加;2.鈰元素濃度10%時(shí),摻鈰硫酸鈣提取液細(xì)胞毒性為I級(jí),無(wú)明顯細(xì)胞毒性;3.摻Ce-CS能夠促進(jìn)BMSCs細(xì)胞增殖和遷移,5%鈰濃度時(shí)作用最明顯;4.摻Ce-CS促進(jìn)了 BMSCs成骨標(biāo)志物ALP、OCN等基因的表達(dá)和成骨調(diào)控因子Runx2的表達(dá)。5.脛骨骨缺損修復(fù)實(shí)驗(yàn)表明,5%和10%摻鈰硫酸鈣具有顯著的促成骨作用;6.摻鈰硫酸鈣能夠有效促進(jìn)骨質(zhì)周圍新生血管的形成。
【圖文】：

Ｆｉｇｕｒｅ邋１－２邋Ｔｈｅ邋ｓｈａｐｅ，ｓｉｚｅ邋ａｎｄ邋ｗｅｉｇｈｉｎｇ邋ｓｕｂ－ｐａｃｋａｇｉｎｇ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ逡逑ｍａｔｅｒｉａｌｓ邋（Ａ邋３ｘ５ｍｍ，邋Ｂ５＞＜１０ｍｉｎ，邋ｄｉａｍｅｔｅｒｘｈｅｉｇｈｔ）．逡逑１．２．２邋Ｘ邋射線衍射相分析（ｐｈａｓｅ邋ａｎａｌｙｓｉｓ邋ｏｆ邋ｘｒａｙ邋ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ，ＸＲＤ）逡逑Ｘ射線衍射分析是一種利用Ｘ射線的衍射波譜分析晶體中物質(zhì)構(gòu)成的技術(shù)，，逡逑其原理是沿直線運(yùn)動(dòng)的Ｘ射線遇到固體物質(zhì)的電子后散射開來(lái)，由于不同元素逡逑含有的電子數(shù)量不同，元素會(huì)形成特征性衍射峰。不同元素的衍射峰最終會(huì)機(jī)逡逑１１逡逑

Ｆｉｇ．１－１邋Ｘ－ｒａｙ邋ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ邋ｐａｔｔｅｒｎ邋ｏｆ邋ＣＳ、Ｃｅ0２、５％邋ＣＳ邋ａｎｄ邋１０％邋ＣＳ逡逑２．２梯度摻鈰材料的傅里葉紅外波譜分析逡逑ＣＳ、２．５％Ｃｅ－ＣＳ、５％Ｃｅ－ＣＳ和１０％Ｃｅ－ＣＳ紅外波譜圖見圖１－２，將不同濃逡逑度摻鈰硫酸鈣晶體傅里葉紅外波譜圖與硫酸鈣晶體傅里葉紅外波譜圖進(jìn)行比逡逑較。從圖１－２可以看出，５％Ｃｅ－ＣＳ和１０％Ｃｅ－ＣＳ的波譜與ＣＳ晶體的波譜基本逡逑相似，都在相同的位置產(chǎn)生特異性的高峰，說(shuō)明添加鈰元素不會(huì)影響硫酸鈣晶逡逑體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、孔徑及晶體組成。逡逑１０５］邐．邋＿邋？邋ｉ邐，逡逑一—邋Ｖ：邋Ｉ逡逑弋邐Ｖ．邋：：邐ＣＳ邐１邐＼＼ｆ．逡逑％邐２．５％邋Ｃｅ－ＣＳ邋邐２逡逑ｃ邋９５－邐５％邋Ｃｅ－ＣＳ邋１０％邋邐３邐．逡逑．１邐Ｃｅ－ＣＳ邐４逡逑｜邋９０－逡逑８５邋－Ｉ邐邐邐１邐■邐１邐邐邐１邐邐逡逑４０００邐３０００邐２０００邐１０００逡逑Ｗａｖｅ邋ｎｕｍｂｅｒＣｃｍ＊１）逡逑圖１－２梯度摻鈰材料的傅里葉紅外圖譜逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｆｏｕｒｉｅｒ邋ｔｒａｎｓｆｏｒｍ邋ｉｎｆｒａｒｅｄ邋ｓｐｅｃｔｒｕｍ邋ｏｆ邋ＣＳ，邋Ｃｅ０２，邋５％邋Ｃｅ－邋ＣＳ邋ａｎｄ邋１０％邋Ｃｅ－邋ＣＳ．邋Ｌｉｎｅｒｌ逡逑ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｓ邋ａｓ邋１０％邋Ｃｅ－邋ＣＳ，邋Ｌｉｎｅｒ２邋ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｓ邋ａｓ邋ＣＳ，邋Ｌｉｎｅｒ３邋ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｓ邋ａｓ邋Ｃｅ０２，邋Ｌｉｎｅｒ４邋ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｓ逡逑ａｓ邋５％邋Ｃｅ－邋ＣＳ．逡逑１４逡逑
【學(xué)位授予單位】：南方醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：R318.08

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 Massimo Marenzana;Timothy R.Arnett;;The Key Role of the Blood Supply to Bone[J];Bone Research;2013年03期

2 Jan Henkel;Maria A.Woodruff;Devakara R.Epari;Roland Steck;Vaida Glatt;Ian C.Dickinson;Peter F.M.Choong;Michael A.Schuetz;Dietmar W.Hutmacher;;Bone Regeneration Based on Tissue Engineering Conceptions  A 21st Century Perspective[J];Bone Research;2013年03期

本文編號(hào)：2657255