【摘要】：[背景]三面皮質(zhì)自體髂骨是頸椎前路椎間隙減壓后椎間植骨融合的金標準。但其來源有限和不可避免的供骨區(qū)并發(fā)癥使其使用受到限制�，F(xiàn)有的植骨替代物包括聚醚乙酮椎間融合器和鈦網(wǎng)等,一定程度上替代了自體髂骨并取得滿意的植骨融合率。但仍存在彈性模量過大、容易沉降等缺點,其術(shù)后影像學檢查存在偽影,干擾了術(shù)后影像診斷。且兩者均為不可吸收材料,不能形成最終的生物學融合。理想的可吸收椎間融合器應(yīng)該克服以上材料的缺陷。在剛植入時可吸收融合器有足夠的強度,隨降解過程強度逐漸降低,載荷逐漸轉(zhuǎn)移到宿主骨,這有利于新骨形成并導致確實的骨融合。最后,植入物完全吸收并被自體骨替代,最終形成生物學融合并確保高質(zhì)量術(shù)后MRI影像結(jié)果。此外,現(xiàn)有的植骨替代物均為批量制作,而部分頸椎間隙過窄或過的患者并不適用。3D打印是快速成型技術(shù)的一種,其數(shù)字化和快速成型的特點使其能根據(jù)宿主個體化要求定制相應(yīng)形狀和大小的體內(nèi)植入物。如果能有一種力學強度和降解速率可控的可吸收材料,其材料性能接近于自體骨,術(shù)前根據(jù)患者CT影像檢查設(shè)計個性化頸椎間融合器,隨后利用3D打印技術(shù)即可快速制備個體化的頸椎間融合器并用于臨床。[目的]1、對退變頸椎各解剖參數(shù)進行測量,明確退變頸椎解剖變異性,評估對擬手術(shù)的退變頸椎患者施行個體化設(shè)計頸椎間融合器的必要性；2、設(shè)計一種新型的可吸收復合材料ND/PLGA,對其進行力學強度分析和生物相容性測試,探討該材料用于制備頸椎間融合器并用于人體的可行性；3、利用3D打印技術(shù),將新型復合材料ND/PLGA打印制備個體化頸椎間融合器,評估打印精確性及實體融合器表面與頸椎上下終板的匹配性。[材料和方法]1、隨機選取2013年6月到2014年6月我院收治的頸椎病患者80例,其中男女各40例,所有患者術(shù)前常規(guī)進行CT平掃和三維重建,在PACS系統(tǒng)上測量頸椎CT參數(shù)。評價退變頸椎的解剖特征。2、使用磷脂將納米金剛石進行表面改性,將納米金剛石與不同質(zhì)量的高純度磷脂按一定比例混合,比較其在二氯甲烷中的分散性和穩(wěn)定性,確定最佳配比。將改性后具備疏水結(jié)構(gòu)的納米金剛石與PLGA按不同比例混合制備ND/PLGA膜,測試其在PLGA中的分散情況及對力學強度,指導如何制備高強度的符合材料；3、測試ND/PLGA膜片的生物相容性。將人類成骨細胞接種到各細胞膜片上觀察細胞活性及生長情況；實時定量PCR分析三種成骨分化相關(guān)的細胞標記物堿性磷酸酶(ALP)、1型膠原蛋白(COL)和骨鈣素(OCN)的表達。4、選用健康的昆明小鼠研究NDPC-PFs的組織學反應(yīng)和體內(nèi)降解。將30只小鼠(雌雄各15只)隨機分為5組并進行標記,每組中包含雌性和雄性小鼠各3只。將所制備不同質(zhì)量比的NDPC-PF剪成約0.5cm×1cm大小長方形,消毒后通過外科手術(shù)植入小鼠背部皮下。術(shù)后4周和8周每組小鼠分別處死3只,切取NDPC-PF及周圍組織進行體內(nèi)組織學反應(yīng)和降解性研究。5、選用10具經(jīng)福爾馬林浸泡的成人新鮮尸體標本,男性5具,女性5具,切取頸1到胸1節(jié)段為實驗對象,完整保留頸椎骨性及周圍軟組織結(jié)構(gòu),由放射科醫(yī)生協(xié)助獲得全部10具尸體標本的全頸椎CT連續(xù)掃描Dicom格式原始圖像。將所得CT數(shù)據(jù)直接導入相關(guān)軟件,設(shè)計生成STL格式的頸椎間融合器,并傳輸至三維打印機,使用ND/PLGA為材料打印出個體化椎間融合器,評估打印精度以及實體融合器表面與頸椎上下終板的匹配性。[結(jié)果]1、退變頸椎各椎體的矢狀徑從上緣到正中到下緣逐漸增加,C2下緣水平為16.75±1.16mm,C6下緣達到19.28±2.08mm。男性C2/3椎間隙水平矢狀徑為17.26±0.77mm,C7上緣水平矢狀徑為19.92±2.49mm,分別高于女性的16.60±1.48mm和17.29±0.65mm,差異有統(tǒng)計學意義。橫徑從上緣到正中變化不明顯,C2下緣水平為21.70±3.31mm,C6下緣達到29.84±2.95mm。在各水平上男性和女性的橫徑大小均無無顯著差異。鉤椎關(guān)節(jié)內(nèi)徑從C3-C7逐漸增加。頸椎前緣高度沒有呈現(xiàn)顯著的從頭段向尾端遞增趨勢,男性C3前緣為14.41±0.84mm,C6/7水平為6.46±1.25mm,分別高于女性的13.39±1.33mm和5.84±1.33mm,差異有統(tǒng)計學意義。其余部位男女性之間無顯著差異。頸椎間隙高度從C2-C7沒有出現(xiàn)遞增趨勢,相反,C4/5,C5/6椎間隙高度都低于C3/4。男性和女性退變椎間隙高度之間差異無統(tǒng)計學意義。共52個椎間隙高度低于5mm,占13%。小于5mm的椎間隙主要分布在下位頸椎,C4/5占21%,C5/6占44%。C6/7占17%。2、ND與磷脂(PL)的比例為100：50(wt/wt)時,其分散效果最好,所制備的NDPC平均粒徑為31-33nm。在PLGA負載NDPC制備NDPC-PF膜,NDPC50加入后會在一定程度上改變PLGA原有的光滑表面結(jié)構(gòu)。隨著NDPC50含量的逐漸增加,復合材料楊氏模量顯著增加,當NDPC50含量為10%wt時,楊氏模量最大為5.74±0.78 Gpa,增長率為96.06%；硬度為0.409Gpa,增長率為550%。3、骨相關(guān)細胞hFOB1.19細胞接種NDPC50-PF膜上,培養(yǎng)7天,所有樣品的細胞活性都有所提高。同時發(fā)現(xiàn),適量的NDPC含量小于或者等于5%wt,對成骨細胞沒有影響；細胞活性測試發(fā)現(xiàn)NDPC50-PF10的細胞行為滿意,其OCN也有明顯的增長。4、術(shù)后第4周,只有少數(shù)炎癥細胞出現(xiàn)在純的PLGA膜(PFO)、NDPC50-PF1及NDPC50-PF5周圍,但是在NDPC50-PF20周圍發(fā)現(xiàn)大量的免疫細胞,并發(fā)現(xiàn)大量的纖維細胞。說明NDPC50的含量增加,引起植入材料周圍組織免疫反應(yīng)地增大。術(shù)后第8周,所有樣品的免疫反應(yīng)均有所好轉(zhuǎn),植入材料周圍的免疫細胞明顯下降,但NDPC50-PF20的免疫細胞相對更多。體內(nèi)術(shù)后8周,純PLGA膜大量降解,而其他的NDPC50-PF樣品并沒有發(fā)現(xiàn)相似的結(jié)構(gòu),說明NDPC50的加入完全可以有效地緩解PLGA材料在體內(nèi)的快速降解。5、打印的實體Cage大體表面光滑,設(shè)計的縱向孔隙清晰可見。實體Cage較設(shè)計時規(guī)格略小,打印準確率高于95%,與STL格式數(shù)據(jù)相比各項指標差異均無統(tǒng)計學意義。大體觀察發(fā)現(xiàn)椎間融合器與椎間隙嵌合度較好,在CT橫截位、矢狀位、冠狀位及三維重建上與宿主椎間隙嵌合度良好,匹配度測量結(jié)果示：6例標本(60%)所有測量點匹配性均為優(yōu)；3例標本(30%)中14個點(3.89%)匹配性良,其中1例6個點、另2例各4個點匹配性良；1例標本(10%)中共3個點(0.83%)匹配性差；共計343個點(95.28%)匹配性優(yōu)。[結(jié)論]1、退變頸椎解剖參數(shù)尤其是椎間隙高度變異較大,下位頸椎相當部分椎間隙狹窄超過5mm,現(xiàn)有的制式頸椎間融合器不能完全滿足臨床需要,有必要為退變頸椎進行個體化設(shè)計融合器以滿足手術(shù)需要；2、本研究將經(jīng)磷脂表面修飾的ND與PLGA按照wt10：100制備新型可吸收復合材料。新材料的Young's模量增加了約100%,而硬度增加約550%。體外相容性試驗發(fā)現(xiàn)該材料支持細胞增殖和成骨分化。體內(nèi)試驗發(fā)現(xiàn)新材料免疫反應(yīng)程度符合預期,.且降解速度顯著降低。這種具有高力學強度和良好生物相容性的材料有望用于骨組織工程中；3、用3D打印技術(shù)可將ND/PLGA材料快速打印制備個體化頸椎間融合器,打印精度超過95%,打印的實體頸椎間融合器與目標間隙終板匹配性好。
【學位授予單位】：第二軍醫(yī)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：R687.3

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 Konstantinos Tilkeridis;Panagiotis Touzopoulos;Athanasios Ververidis;Sotirios Christodoulou;Konstantinos Kazakos;Georgios I Drosos;;Use of demineralized bone matrix in spinal fusion[J];World Journal of Orthopedics;2014年01期

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本文編號：2532038