摻鈰硫酸鈣新型骨替代材料的制備、生物安全性及其骨修復(fù)功能研究
發(fā)布時間:2020-05-10 11:52
【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。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。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)骨缺損的形狀進行個體化制備。但是存在骨誘導(dǎo)活性不足、機械強度較差等缺點。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,同時具有促進新生血管的生長,促進細(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證通過機械混合法制備梯度濃度的摻鈰硫酸鈣(Ce-CS)。X射線衍射實驗(XRD)分析材料的結(jié)構(gòu)組成;傅里葉紅外掃描實驗(FTIR)分析材料的晶體結(jié)構(gòu);掃描電鏡(SEM)進行形貌觀察;壓力測試測定鈰元素對材料機械強度的影響;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法檢測浸提液的細(xì)胞毒性;CCK-8法檢測BMSCs的增殖情況;劃痕實驗檢測BMSCs的遷移作用;熒光定量PCR檢測摻Ce-CS對BMSCs促成骨分化基因的表達;Western-blot檢測梯度的Ce-CS對BMSCs促成骨基因β-catenin、Smad2/3、BMP2/7和OPN的表達水平;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%時機械強度最大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)胞的增殖率差異沒有統(tǒng)計學(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,無細(xì)胞毒性;5%Ce-CS促進BMSCs的增殖。劃痕實驗顯示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,BMSCs細(xì)胞內(nèi)成骨標(biāo)志物(ALP、OST、BSP、OCN)的表達量升高,轉(zhuǎn)錄因子RUNX2的表達量也比對照組高。3.X射線顯示術(shù)后4周支架可以吸收?瞻讓φ战M骨缺損擴大,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:空白對照組骨缺損明顯,填充組織為纖維結(jié)締組織。CS對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.鈰元素的加入對硫酸鈣的晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成無明顯影響,隨著鈰濃度的升高,機械強度逐漸增加;2.鈰元素濃度10%時,摻鈰硫酸鈣提取液細(xì)胞毒性為I級,無明顯細(xì)胞毒性;3.摻Ce-CS能夠促進BMSCs細(xì)胞增殖和遷移,5%鈰濃度時作用最明顯;4.摻Ce-CS促進了 BMSCs成骨標(biāo)志物ALP、OCN等基因的表達和成骨調(diào)控因子Runx2的表達。5.脛骨骨缺損修復(fù)實驗表明,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動的X射線遇到固體物質(zhì)的電子后散射開來,由于不同元素逡逑含有的電子數(shù)量不同,元素會形成特征性衍射峰。不同元素的衍射峰最終會機逡逑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,說明添加鈰元素不會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)位級別】:博士
【學(xué)位授予年份】:2018
【分類號】:R318.08
本文編號:2657255
【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動的X射線遇到固體物質(zhì)的電子后散射開來,由于不同元素逡逑含有的電子數(shù)量不同,元素會形成特征性衍射峰。不同元素的衍射峰最終會機逡逑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,說明添加鈰元素不會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)位級別】:博士
【學(xué)位授予年份】:2018
【分類號】:R318.08
【參考文獻】
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:2657255
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