本文關鍵詞：多孔塊體生物活性玻璃成骨活性、生物力學性能的初步研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：創(chuàng)新和應用完美的骨移植材料來替代自體骨,治療和修復各種原因引起的骨缺損,一直是骨科臨床醫(yī)生和材料研究人員共同追求的目標。理想的植骨材料應該具備以下特點:良好的生物相容性、生物可降解性、骨傳導性、骨激發(fā)性、較高的孔隙率合適的孔徑范圍、臨床使用方便、足夠的力學強度及合適的彈性模量。生物活性玻璃(Bioglass)由于其良好的生物相容性、良好的骨傳導和骨激發(fā)作用而被材料學者所關注,然而目前臨床上應用的生物活性玻璃無法提供較強的抗壓強度,無法應用于承重部位骨缺損的修復和治療。因此,改良和提高生物活性玻璃的生物力學性能同時又保持其良好的促進骨激發(fā)的能力,成為廣大學者研究的熱點。本課題組成員與美國諾邦公司生物制品有限公司合作,通過改良生物活性玻璃的成分及制作工藝,制作了新型多孔塊體生物活性玻璃(macro-pore bone block,MPBB)。本研究旨在驗證MPBB是否在擁有一定的生物力學強度的同時,又具有良好的生物相容性,且能刺激骨組織再生。多孔塊體生物活性玻璃對成骨細胞粘附、增殖以及分化影響的體外研究目的探討多孔塊狀生物玻璃(MPBB)在體外環(huán)境中對成骨細胞粘附、增殖以及分化的影響。方法1.以β-磷酸三鈣(β-TCP)為對照,掃描電鏡下分析比較MPBB與β-TCP的形態(tài)結構、能譜分析兩種材料的主要成分;2.將MPBB與β-TCP分別懸浮浸泡于模擬體液中,掃描電鏡下觀察兩種材料的表面反應;3.利用MPBB與β-TCP浸提液培養(yǎng)MC3T3-E1小鼠成骨細胞,光學顯微鏡下觀察細胞大體情況并進行吉姆薩染色進行細胞計數(shù)比較;4.將MC3T3-E1小鼠成骨細胞直接種植于MPBB與β-TCP材料上,掃描電鏡下觀察細胞粘附材料情況,利用MPBB與β-TCP浸提液培養(yǎng)MC3T3-E1小鼠成骨細胞,進行細胞黏著斑蛋白(Venculin)免疫熒光染色比較兩種材料對成骨細胞的核質比、Venculin免疫熒光強度;5.利用MPBB與β-TCP浸提液培養(yǎng)MC3T3-E1小鼠成骨細胞,進行Brd U免疫熒光染色及MTT檢測比較兩組成骨細胞的Brdu陽性細胞比率及OD值;6.利用MPBB與β-TCP浸提液培養(yǎng)MC3T3-E1小鼠成骨細胞,進行成骨細胞特異性轉錄因子(OSX)免疫熒光染色檢測、堿性磷酸酶(ALP)染色、鈣結節(jié)檢測、實時定量PCR檢測比較兩組成骨細胞的OSX陽性細胞比率、ALP活性率、礦化率及成骨基因m RNA相對表達量。結果1.掃描電鏡下觀察比較MPBB與β-TCP,發(fā)現(xiàn)MPBB表面更加崎嶇,更加疏松多孔、不平整,能譜分析發(fā)現(xiàn),MPBB具有β-TCP所沒有的Si元素,而β-TCP中Ca、P的含量最多。2.MPBB與β-TCP的模擬體液浸泡實驗結果顯示,MPBB在浸泡6小時時已有羥基磷灰石沉積,隨著浸泡時間延長羥基磷灰石的沉積量逐漸增加,而β-TCP表面始終沒有羥基磷灰石形成。3.吉姆薩染色結果顯示MPBB組的成骨細胞數(shù)量更多,排列規(guī)則緊密,在光學顯微鏡400×鏡下計數(shù),MPBB組成骨細胞個數(shù)為106.0±6.025,β-TCP組成骨細胞個數(shù)為40.20±3.639,兩者差異具有統(tǒng)計學意義(P0.01)。4.將MC3T3-E1小鼠成骨細胞直接種植于MPBB與β-TCP材料上,掃描電鏡下發(fā)現(xiàn)MPBB組成骨細胞偽足較β-TCP多,粘附狀態(tài)更好,Venculin免疫熒光染色結果顯示MPBB組成骨細胞核質比、Venculin熒光強度較β-TCP組高,兩組差異均具有統(tǒng)計學意義(P0.05)。5.Brd U免疫熒光染色結果顯示MPBB組的Brdu陽性細胞比率比β-TCP組高,兩組差異具有統(tǒng)計學意義(P0.05);MTT結果顯示第3天時MPBB組成骨細胞OD值較β-TCP組高,兩組差異具有統(tǒng)計學意義(P0.05),第5天時,兩組細胞OD值都有增高,但MPBB組OD值明顯較β-TCP組高,兩者差異具有統(tǒng)計學意義(P0.01)。6.OSX免疫熒光染色檢測中,MPBB組OSX陽性細胞比率較β-TCP組高,兩組差異具有統(tǒng)計學意義(P0.01);ALP染色定量分析發(fā)現(xiàn),MPBB組的成骨細胞ALP活性率較β-TCP組高,兩組差異具有統(tǒng)計學意義(P0.01);鈣結節(jié)檢測結果也表明,MPBB組的成骨細胞礦化率較β-TCP組高,兩組差異具有統(tǒng)計學意義(P0.05);實時定量PCR檢測兩組成骨細胞的成骨相關基因表達量結果顯示,第4天時MPBB組成骨細胞的ALP、OCN(骨鈣素)、Collagen 1(1型膠原蛋白)的m RNA相對表達量已超過β-TCP組,且差異都具有統(tǒng)計學意義,到第7天時,MPBB組成骨基因m RNA相對表達量進一步增加。小結MPBB相對于β-TCP含有較多的Si元素,能促進MC3T3-E1細胞的貼附能力,并對其增殖、活力及成骨分化都具有明顯的促進作用,具有較好的生物活性。多孔塊體生物活性玻璃在兔體內成骨活性、力學性能的初步研究目的探討多孔塊體生物玻璃植入兔體內后的生物活性生物相容性、成骨能力以及生物力學性能。方法制作新西蘭大白兔雙側股骨髁缺損模型,分別于股骨髁缺損部植入多孔塊體生物玻璃(MPBB)、β-磷酸三鈣(β-TCP)、固骼生?(Nove Bone),按植入材料的不同分為三組,即為MPBB組、β-TCP組、Nove Bone組,術后進行X線檢查觀察材料放置情況及固定是否牢固、髁部有無骨折,并于術后4周、12周、24周取材后,通過Micro-CT檢測三組材料的新骨生成體積百分比及剩余材料體積百分比,采用四環(huán)素、鈣黃綠素熒光雙標檢測三組材料的新骨生成速率,通過不脫鈣硬組織Van Gieson染色檢測三組材料的新骨生成面積百分比,通過生物力學檢測三組材料的壓縮強度、彈性模量。結果術后X線檢查顯示各組材料填充充分、完全,放置情況良好;Micro-CT結果顯示,12周時MPBB組、β-TCP組、Nove Bone組的新骨生成體積百分比分別為(16.83±1.01,9.88±1.23,21.35±1.27),材料剩余體積百分比分別為(50.96±1.37,68.29±3.93,19.37±1.40),24周時,MPBB組、β-TCP組、Nove Bone組的新骨生成百分比分別為(37.48±0.70,25.29±1.45,27.03±1.25),24周時MPBB組與β-TCP組、Nove Bone組比較差異均具有統(tǒng)計學意義(P0.001),24周時各組材料剩余體積百分比分別為(34.67±3.52,55.66±2.05,7.52±1.15),β-TCP組較MPBB組比較差異均具有統(tǒng)計學意義(P0.01),而MPBB組較Nove Bone組比較差異也具有統(tǒng)計學意義(P0.01);熒光雙標結果顯示,4周時MPBB組、β-TCP組、Nove Bone組的新骨生成速率分別為(1.577±0.045,2.064±0.068,1.19±0.09)um/d,MPBB組較β-TCP組差異有統(tǒng)計學意義(P0.01);通過Van Gieson染色檢測發(fā)現(xiàn),MPBB組、β-TCP組、Nove Bone組在各個時間點新骨生成面積百分比分別為4周時(5.43±1.25,2.77±0.85,6.51±1.21),12周時(8.48±0.84,2.94±0.65,11.42±2.66),24周時(23.55±1.13,12.92±0.45,19.53±0.91),24周時MPBB組新骨生成面積百分比與β-TCP組、Nove Bone組比較差異均具有統(tǒng)計學意義(P0.001);生物力學檢測結果發(fā)現(xiàn),MPBB組與β-TCP組的壓縮強度隨著時間延長都有一定程度的增加,兩者的壓縮強度比較沒有統(tǒng)計學意義,MPBB組彈性模量術后三個時間點都較穩(wěn)定,MPBB組和Nove Bone組在彈性模量方面更接近兔骨,β-TCP組的彈性模量植入體內后變化較大。小結MPBB植入兔體內后,表現(xiàn)出了良好的生物活性、生物相容性,同時具有較好的骨激發(fā)作用,且植入體內后,具有較強的生物力學性能,為其下一步應用于負重部位骨缺損的植骨提供了實驗基礎。結論通過以上兩部分實驗研究表明,MPBB不僅能促進成骨細胞的粘附、增殖,也能從基因水平、蛋白水平促進成骨細胞的分化,具有良好的生物活性、相容性及骨激發(fā)性,同時具有一定的力學強度,彈性模量適中,本研究為其應用于臨床承重部位骨缺損的植骨提供理論依據(jù)。
【關鍵詞】：骨代用品 硅酸鹽類 生物相容性 骨生成 生物力學
【學位授予單位】：第四軍醫(yī)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：R318.08;R68
【目錄】：

• 縮略語表4-6
• 中文摘要6-11
• 英文摘要11-16
• 前言16-17
• 文獻回顧17-25
• 第一部分 多孔塊體生物活性玻璃對成骨細胞生物學行為的體外研究25-44
• 1 實驗目的25
• 2 材料方法25-30
• 3 結果30-41
• 4 討論41-43
• 5 小結43-44
• 第二部分 多孔塊體生物活性玻璃在兔體內成骨活性、力學性能的初步研究44-59
• 1 實驗目的44
• 2 材料方法44-50
• 3 實驗結果50-55
• 4 討論55-58
• 5 小結58-59
• 小結59-60
• 參考文獻60-70
• 個人簡歷和研究成果70-71
• 致謝71-72

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本文編號：287284