【摘要】：第一部分 復合唑來膦酸骨水泥凝固時間及生物力學研究目的：聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)骨水泥作為重要的臨床常用填充材料之一,在骨科已有60多年的應用歷史。隨著人口老齡化的到來,各種終末期關節(jié)疾病越來越多見。關節(jié)假體置換術是一種治療此類疾病非常有效的方式,骨水泥作為一種填充固定材料廣泛應用于此類手術中。同時各種轉(zhuǎn)移性骨腫瘤和骨質(zhì)疏松所引起的椎體疾病也呈現(xiàn)出上升趨勢,給社會帶來了沉重的負擔。而骨水泥的經(jīng)皮椎體成形術是臨床治療此類疾病引起的椎體壓縮性骨折的經(jīng)典術式。因此,PMMA骨水泥在臨床中有著難以替代的地位。而它除了發(fā)揮本身的填充支持效果外,沒有其它附加治療效果。二膦酸鹽是一類經(jīng)人工合成得到的焦磷酸鹽類似物,在臨床上廣泛應用于治療骨質(zhì)疏松癥、轉(zhuǎn)移性骨病、惡性腫瘤引起的高鈣血癥、畸形性骨炎等代謝性骨病。并可以抑制磨損微粒引起的骨溶解,對防止無菌性松動有效。本部分的目的是探究唑來膦酸復合入骨水泥后對骨水泥終凝時間及機械性能的影響及可能的影響機制,為復合唑來膦酸骨水泥的臨床應用奠定生物機械力學基礎。方法：將唑來膦酸與骨水泥以不同質(zhì)量比混合,分為A(空白對照)、B(4mg)、C (20mg)、D (40mg)、E (80mg)五組。標本制備開始前,將實驗材料及所用混合裝備在23±1℃的環(huán)境中預熱至少2小時。然后根據(jù)IS05833：2002《外科植入物--丙烯酸類樹脂骨水泥》標準,在無菌、溫度23±1℃、相對濕度不低于40%的環(huán)境下(手術室環(huán)境),無菌操作制作直徑為6±0.1mm、高12±0.1mm的骨水泥圓柱體。標準維卡儀測量其終凝時間,終凝針針頭直徑為1mm,針頭質(zhì)量為400g。從混合開始計時,每隔一段時間取一標本置放于測試臺上,小心將終凝針頭垂直下降于樣本表面,已其自身重力輕觸待測樣品表面,停留5秒。至樣本表面無明顯壓痕出現(xiàn)為止,記錄出終凝時間。再在相同條件下,參照標準制作抗壓及抗彎標本。經(jīng)處理、測量、X線投射后選入合格標本,于電子萬能材料試驗機上測定其抗壓強度、抗彎強度及抗彎模量。結(jié)果：終凝時間結(jié)果顯示唑來膦酸的加入對骨水泥的凝固時間無明顯影響。與空白對照組(A組)相比,4mg(B組)、20mg(C組)、40mg(D組)、80mg(E組)唑來膦酸加入組的時間改變無統(tǒng)計學差異(P0.05)。機械力學測試結(jié)果顯示,復合骨水泥的抗壓強度、抗彎強度及抗彎模量都隨唑來膦酸加入量的增多而下降。與空白對照組(A組)相比,40mg(D組)、80mg(E組)唑來膦酸加入組的三項機械性能指標下降有統(tǒng)計學差異(P0.05)。浸提4周后,E組抗壓強度呈下降,其余各組抗壓強度呈上升。對于抗彎強度和抗彎模量,浸提4周后除E組抗彎強度下降(P0.05),其余各組均無明顯變化。結(jié)論：唑來膦酸的加入對骨水泥的抗壓強度、抗彎強度及抗彎模量均有影響,隨著唑來膦酸加入量的增加,終凝時間無明顯差異�？箟簭姸取⒖箯潖姸群涂箯澞Ａ砍式档�。但各項指標均達到IS05833：2002《外科植入物--丙烯酸類樹脂骨水泥》標準。在44g聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥中加入不大于80mg唑來膦酸基本生物力學指標符合使用要求。第二部分 復合唑來膦酸骨水泥的釋放特性研究目的：唑來膦酸為第三代二膦酸鹽的代表藥物,也是目前臨床上效果最強的二膦酸鹽。給藥途徑一般為靜脈注射,輸入人體后大部分快速經(jīng)腎臟代謝,存在生物利用度低、腎毒性等缺點。剩余的小部分儲存于全身骨組織中,形成緩慢釋放,不能使病灶部位保持較高濃度。而載體的局部釋放作為能有效解決上述缺點的方法,被人們所關注和研究。復合唑來膦酸骨水泥是將骨水泥作為唑來膦酸緩釋載體的一種局部給藥系統(tǒng),使唑來膦酸在病灶部位緩慢釋放,形成一個長時間、高濃度的藥物作用環(huán)境。從而提高唑來膦酸抑制破骨細胞,促進成骨細胞和凋亡腫瘤細胞的效果。而復合骨水泥的藥物釋放情況和特性如何,也決定了其是否具有臨床使用的潛力,并間接反映出復合物對骨水泥微觀結(jié)構的影響。該部分通過高效液相色譜對復合骨水泥的釋放情況進行了研究,總結(jié)出復合骨水泥的溶出特性,為復合唑來膦酸骨水泥應用于臨床提供了藥物動力學基礎。方法：將唑來膦酸與骨水泥以不同質(zhì)量比混合,分為A(空白對照)、B (4mg)、C (20mg)、D (40mg)、E (80mg)五組。浸提實驗所用標本的樣式與第一部分抗壓強度實驗標本相同。將實驗材料及所用混合裝備在23±1℃的環(huán)境中預熱至少2小時,然后開始標本的制備。根據(jù)IS05833：2002《外科植入物--丙烯酸類樹脂骨水泥》標準,在無菌環(huán)境下制作浸提實驗所用各組標本。用游標卡尺精確量取尺寸,排除尺寸不符合的標本。尺寸符合要求的標本再經(jīng)過X線透射檢查,將其中密度不均勻、有明顯空隙、有明顯低密度者予以排除。選入X線下密度均勻,邊緣整齊的標本。每組取4個標本,分別稱取每個標本重量。將標本浸泡于完全相同的5m1無菌去離子水中,置于37℃恒溫箱,每24小時取一次浸提液。取完樣品后,復合骨水泥標本用無菌去離子水沖洗3遍。標本沖洗完后重新放入5ml新無菌去離子水中洗提,持續(xù)浸提取樣4周。取樣結(jié)束后,將1、2、3、4、5、6、7、9、11、14、28d各組樣品送武漢大學測試中心用高效液相色譜儀檢測藥物濃度。結(jié)果：在選用的色譜條件下,可在進樣11分鐘時檢測到唑來膦酸信號。各組的最大釋放濃度均在第一天出現(xiàn),且同一時間點的釋放濃度,隨著唑來膦酸加入量的增多而增大。在前3天,各組每日釋放量下降迅速。在第5天,B組洗提液中唑來膦酸的濃度已經(jīng)超出了所選方法的檢測范圍。在第11天,C-E組浸提液中未檢出唑來膦酸的濃度。其釋放曲線與指數(shù)曲線模型擬合良好,B-E組R值依次為0.994、0.950、0.973、0.990。B組釋放百分比在每個時間點均為最大,第四天已達到40.36%。C、D、E三組在第七天的釋放總量百分比依次為28.34%、15.90%、12.91%。結(jié)論：唑來麟酸可以從骨水泥中釋放出來。隨著唑來膦酸加入量的增加,各組的總釋放量呈增加的趨勢,而每個時間點的釋放總量百分比呈降低的趨勢。復合骨水泥的釋放呈指數(shù)特征,在前三天釋放顯著。第三部分 復合唑來膦酸骨水泥浸提液的細胞生物學研究目的：骨水泥的液相與固相混合時,液相中的甲基丙烯酸甲酯單體迅速發(fā)生聚合反應,其釋放溫度在70-120℃之間。這種高溫是否會對唑來膦酸的藥物性能產(chǎn)生影響,是需要關注的問題之一,也決定了復合骨水泥可否在實際中得到真正應用。人工關節(jié)無菌性松動的根本原因是假體周圍成骨作用和骨溶解作用動態(tài)失衡的結(jié)果。唑來膦酸濃度在10-9mol/L時即可對破骨細胞的活性和增殖產(chǎn)生明顯抑制。但有關唑來膦酸對成骨細胞作用的研究還很少,對作用效果和作用途徑還存在爭議。近幾年來惡性腫瘤的發(fā)生率不斷升高,骨轉(zhuǎn)移是其常見的轉(zhuǎn)移途徑之一。在發(fā)生轉(zhuǎn)移的原發(fā)腫瘤中,乳腺癌較為常見。唑來膦酸可以通過對乳腺癌細胞中焦磷酸法尼酯合酶(FPPS)的抑制作用,最終激活乳腺癌細胞的caspase凋亡通路起到抑瘤作用。本部分將浸提液作用于乳腺癌細胞和成骨細胞,通過MTT實驗探討聚合時形成的高溫是否會對唑來膦酸的藥物活性產(chǎn)生影響,為復合唑來膦酸骨水泥應用于臨床提供依據(jù)。方法：用15ml L-15培養(yǎng)基于37℃恒溫環(huán)境中,對復合0mg、4mg、20mg、40mg、 80mg唑來膦酸的骨水泥浸提24小時。然后將含藥培養(yǎng)基作用于96孔板上的乳腺癌細胞。從新生SD大鼠的頂骨中獲取原代大鼠成骨細胞,并進行增殖和純化。取E(80mg)組第1、9、14、21天的浸提液為實驗組,將其添加入培養(yǎng)基中配制成含唑來膦酸的DMEM培養(yǎng)基。用標準品配制含唑來膦酸濃度為10-5mol/L、10-7mol/L、10-9mol/L、10-11mol/L的DMEM培養(yǎng)基。將各組于96孔板上分別作用于大鼠成骨細胞,并設置空白對照。通過MTT法,檢測乳腺癌細胞和成骨細胞和的生長情況,研究復合骨水泥浸提液中唑來膦酸的藥物活性及不同濃度唑來膦酸對成骨細胞的影響。結(jié)果：從復合骨水泥中釋放出的唑來膦酸能對乳腺癌細胞發(fā)揮細胞毒性作用,抑制其生長。這種效果在唑來膦酸復合量不大于80mg時,隨著復合量的增多而增強,其最高抑制率為60.4%。對于成骨細胞,濃度為10-5M的唑來膦酸對成骨細胞的增殖存在明顯抑制作用,而10-11M組存在一定的促進作用。10-7M組和10-9M組與空白對照組比較,四天均無統(tǒng)計學差異。洗提液組中,第21天組于第5天和空白對照組出現(xiàn)統(tǒng)計學差異,顯示出了促進成骨細胞增長的作用。其余各組在各個測試時間點,與空白對照組無統(tǒng)計學差異。結(jié)論：從復合骨水泥中釋放出來的唑來膦酸仍具有藥物活性。低濃度的唑來膦酸(10-11M)對成骨細胞的增殖有促進作用,高濃度的唑來膦酸(10-5M)對成骨細胞的增殖有抑制作用。對乳腺癌細胞的生長有明顯抑制作用,且隨著唑來膦酸復合量的增加而增強。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：武漢大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：R687;R318.08

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本文編號：2389222