【摘要】：骨缺損是骨科臨床工作中遇到的最為棘手的問題，最常見導致骨缺損的病因包括高能量的創(chuàng)傷所致粉碎性骨折、反復手術(shù)失敗所致的骨不連、骨腫瘤以及骨髓炎引起的骨大塊摘除。骨缺損治療的最大難點則在于前期治療中的骨髓炎和后期治療中骨缺損所致的關(guān)節(jié)功能不全，前者輕則阻礙正常骨愈合的過程重則導致全身系統(tǒng)的感染，后者則直接影響了患者的正常解剖形態(tài)與功能。高能量創(chuàng)傷導致的嚴重骨缺損往往伴隨著骨缺損部位的感染，從而阻礙骨正常愈合，形成骨髓炎后會導致壞死骨、空洞、竇道等形成，進一步加重骨缺損的嚴重性。此外，骨腫瘤也好發(fā)于長骨的干骺端，靠近關(guān)節(jié)部位，尤其以脛骨、肱骨近端與股骨、橈骨遠端常見，導致相應(yīng)部位大面積的骨缺損及對應(yīng)關(guān)節(jié)功能不全，給患者帶來極大的痛苦。本課題主要著眼于現(xiàn)階段骨缺損治療中無法回避的這兩個問題，針對伴有感染、影響關(guān)節(jié)解剖和功能的復雜骨缺損，按照治療方案的自然順序，分別從治療前期使用可降解的靜電紡絲納米纖維氈進行抗菌和成骨誘導的基礎(chǔ)研究，治療后期利用3D打印技術(shù)重建關(guān)節(jié)解剖及功能的臨床探究這兩個方面對整體治療方案進行了探索。 本課題分為以下三個大的部分進行闡述： 第一部分可降解的生物高分子材料在醫(yī)學領(lǐng)域中抗菌研究及論述。 該部分主要闡述伴有骨髓炎的復雜骨缺損的治療方案及研究的現(xiàn)狀，提出現(xiàn)階段聯(lián)合具有緩釋作用的可降解高分子材料進行前期感染消除和成骨誘導，后期利用3D打印技術(shù)重建復雜骨缺損所造成的解剖和關(guān)節(jié)功能不全。在這個部分中介紹了可降解生物高分子材料中抗菌水凝膠的應(yīng)用以及水凝膠與靜電紡絲各自優(yōu)勢所在，并闡述了本文中選取靜電紡絲作為治療骨髓炎骨缺損的理由。 第二部分搭載萬古霉素和羥基磷灰石的靜電紡絲PLA納米纖維氈在治療伴有感染的骨缺損中應(yīng)用。 靜電紡絲纖維氈制備及表征：將羥基磷灰石（HA）接枝到聚乳酸（PLA）上，計算百分率后按照HA含量的10%比率進行計算。靜電紡絲纖維氈根據(jù)有無HA、VA及VA含量高低分組，以氯仿為溶劑，將PLA、萬古霉素（VA）、與PLA-g-HA進行靜電紡絲形成纖維氈，通過掃描電鏡SEM進行纖維直徑及形態(tài)分布觀察、能譜分析及Mapping確認VA及HA的均勻分布，纖維直徑在500nm左右。靜電紡絲纖維氈置于PBS溶液及彈性蛋白酶溶液進行體外降解實驗，證明材料降解性能良好，加入VA及HA能夠加快材料降解速度。 抗菌實驗：選用代表革蘭陽性菌的S.aureus及代表格蘭陰性菌的E.coli作為標準菌株，分別用制備的上述材料按紙片抑菌法進行涂布實驗，觀察在12、24h的抑菌環(huán)大�。粚⒉牧霞尤牒蠸.aureus和E.coli的液體培養(yǎng)基進行搖菌實驗，觀察12、24h時材料對細菌增殖的抑制作用。最后將在S.aureus和E.coli液體培養(yǎng)基中培養(yǎng)24h的靜電紡絲纖維氈進行進行固定后做掃描電鏡，觀察材料上的細菌數(shù)量、形態(tài)及分布特征�？咕鷮嶒炞C明含有VA的PLA靜電紡絲納米纖維氈具有有效的抗菌能力。 動物實驗： 預(yù)實驗以SD大鼠為模型，在股骨中上段三分之一處建立6×2mm大小的臨界尺寸骨缺損，注入不同濃度的S.aureus液體培養(yǎng)液，骨髓炎骨缺損實驗動物的模型，一周后取股骨進行HE切片后驗證造模成功。 正式實驗中SD大鼠7組進行骨髓炎造模，一周后行清創(chuàng)術(shù)置入6組材料及一組VA空白對照。在第2、4個月時分別行X線檢查、血常規(guī)、大體外相、股骨HE切片及周圍肌肉、重要臟器的HE切片。經(jīng)組間對比可見，添加靜電紡絲組的存活率高于VA空白對照組，有統(tǒng)計學意義（P0.05）。而含VA組血常規(guī)中白細胞數(shù)量在第2個月時較未含VA組低且有統(tǒng)計學意義（P0.05）,該結(jié)果與大體解剖及病理結(jié)果相對應(yīng)。X線及HE切片示含有HA組較未含有HA組成骨效果有明顯差異，而含有VA組較未含VA組成骨效果好（P0.05）。 上述實驗說明在搭載萬古霉素和羥基磷灰石的靜電紡絲PLA納米纖維氈對治療伴有感染的骨缺損與臨床現(xiàn)有方案相比具有較低死亡率、較好的抗菌效果及成骨效果。 第三部分應(yīng)用3D打印技術(shù)治療復雜骨缺損的臨床探索。 在以往的臨床治療中，即便完全清除了骨髓炎的影響，嚴重復雜骨缺損常常因為沒有合適的植入物而最終結(jié)果以關(guān)節(jié)融合、肢體短縮甚至截肢等告終，患者相應(yīng)部位解剖形態(tài)未能重建，功能無法恢復，整體治療效果也是失敗的。3D打印技術(shù)近年來在骨科的飛速發(fā)展則給之前無法處理的病例帶來了希望，這是骨科革命性的改變。在本臨床課題的研究中，我們以一例腕關(guān)節(jié)部位創(chuàng)傷后感染及嚴重骨缺損、一例肩關(guān)節(jié)創(chuàng)傷后骨缺損及幾例腫瘤造成的復雜骨缺損來探索3D打印技術(shù)的在臨床的實現(xiàn)方案。其設(shè)計及制造流程包括了臨床數(shù)據(jù)的采集，偽影的處理，Mimics下三維重建，，Geomagic Studio及Magics RP下數(shù)據(jù)的優(yōu)化，工業(yè)設(shè)計軟件UG NX等進行植入物定制化設(shè)計，最后導入Magics RP進行打印前處理，分別用EOS粉末打印機和SLA打印機進行術(shù)前模型的打印、手術(shù)導板打印，EBM金屬打印機進行金屬植入物打印。通過上述步驟，我們可以實現(xiàn)3D打印在骨科的三個層次上的應(yīng)用。一是患者模型的精確復制及術(shù)前實現(xiàn)復雜缺損精確截骨的術(shù)前設(shè)計模擬，二是為高難高精度截骨制作個體化手術(shù)導板截骨，三是個體化定制的植入假體，最終達到使患者術(shù)后恢復正常的解剖形態(tài)和部分的關(guān)節(jié)功能的目標。 綜上所述，本課題從基礎(chǔ)研究和臨床應(yīng)用兩個角度分別探究了伴有骨髓炎的復雜骨缺損的治療方案。在現(xiàn)階段對于伴有骨髓炎的復雜骨缺損治療，采用可降解的高分子緩釋抗菌材料進行感染的治療與局部的成骨誘導，感染清除后應(yīng)用3D打印技術(shù)重建患者正常骨關(guān)節(jié)解剖及功能是一種有實際應(yīng)用價值的治療方案。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：R687.3

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本文編號：2469282