三种骨修复材料植入兔股骨内的组织病理学研究
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作者：田文华 陈丹丹 奚廷斐 赵谌 牛景路 丁宁
单位：田文华 陈丹丹 奚廷斐 中国药品生物制品检定所(北京 100050)；赵谌 牛景路 丁宁 北京首都医科大学附属口腔医院(北京 100050)
关键词：羟基磷灰石(HA)；氧化锆生物陶瓷(Zr)；生物活性玻璃陶瓷(BG)；植入；成熟骨组织
北京生物医学工程990411 摘 要 将三种骨修复生物材料分别植入兔股骨内，在植入后7天，14天，30天，60天，90天，180天，360天进行了组织病理学研究。三种骨修复生物材料植入早期组织学观察基本相同，植入360天组织学观察有所不同，羟基磷灰石(HA)已有部分吸收，骨组织及骨髓已长入生物材料内部；氧化锆生物陶瓷(Zr)可见材料周围形成大量成熟骨组织，表面光滑，生物材料表面未见明显吸收现象；生物活性玻璃陶瓷(BG)可见生物材料周围已形成大量成熟骨组织，表面不显光滑，且与生物材料紧密相接。
, 百拇医药
A Study of Histopathology Induced by Three Kinds
of Bone-repairable
Biomaterials Implanted into the Rabbit Thigh
Tian Wenhua, Chen Dandan, Xi Tingfei
(National Institu for Control of Pharmaceutical and Biological Products,Beijing 100050)
Zhao Chen, Niu Jinglu, Ding Ning
(Beijing Capital Medical University,Beijing 100050)
, 百拇医药
Abstract
Three kinds of bone-repairable biomaterials were implanted into thigh of rabbit respectively.Then histopathology was studied after 7 days,14 days,30 days,90 days,180 days and 360 days.At early stages, the histopathology induced by the bone-repairable biomaterials was about the same,but difference was observed after 360 days.It was found that the hydroxyapatite had been partly absorbed,osseous tissue and marrow had grown into the materials.There were planty oif mature osseous tissue with smooth surface and unclear absorption formed around the zirconium oxide bioceramics whirlbone,while around the bioactiveglass caramics tightly contacted mature osseous tissous without smooth surface was found.
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Key words:Hydroxyapatite; Zirconium oxide Bioceramics whirlbone; bioactiveglass ceramics; Implantation; Mature osseous tissue
0 前 言
人体的硬组织(如骨、齿及关节等)因各种原因造成的损坏、缺陷、变形等大范围病变，完全依靠采用自体骨进行修复是不可能的。一则数量有限，二则增加了感染机会，更增加了患者的痛苦。而异体骨(人骨、动物骨等)的移植，又存在着免疫反应等问题。因此，为广大患者提供急需的、性能良好的人工骨材料具有重要的现实意义。
羟基磷灰石是天然骨与牙齿的主要成分，国内外均致力于羟基磷灰石的研究、开发与应用并取得了令人欣慰的成果。羟基磷灰石材料具有优良的生物相容性，主要用于骨修复和植入物的表面涂层，但是羟基磷灰石的强度较低，无法满足人工关节、人工骨和人工牙的负重要求。目前常用接近惰性的氧化铝和氧化锆陶瓷，以及生物活性陶瓷。这类陶瓷强度硬、耐磨、耐压、耐腐蚀且稳定性好，其缺点是与骨组织不能形成真正的骨性连接[1～4]。
, 百拇医药
为进一步深入细致地了解骨修复材料长期植入生物体内的组织学变化，我们对国产羟基磷灰石(HA)、氧化锆生物陶瓷(Zr)和生物活性玻璃陶瓷(BG)植入兔股骨内的组织学反应进行了长期深入的研究，为临床提供该材料应用的可靠性。
1 材料和方法
1.1 材 料
(1)羟基磷灰石(HA)，规格φ2mm×6mm，北京深港科技开发部提供。
(2)氧化锆生物陶瓷(Zr)，规格φ2mm×6mm，北京赛奇特种陶瓷功能制品工程研究中心提供。
(3)生物活性玻璃陶瓷(BG)，规格φ2mm×6mm，海南天元医用生物材料厂提供。
1.2 动物分组
, 百拇医药
第一组：羟基磷灰石(HA)在同一只兔子，两后腿各植入3个样品(每个时间组2只)。
第二组：在同一只兔子右腿植入氧化锆生物陶瓷(Zr)3个样品，左腿植入生物活性玻璃陶瓷(BG)3个样品(每个时间组4只)。
1.3 方 法
选用2.5kg左右的新西兰健康家兔，用3%戊巴妥液麻醉，按外科手术要求，常规备皮，消毒术野，暴露兔股骨外侧骨皮质，用牙科电钻钻通，形成所需洞形。按动物分组要求分别将试样紧密嵌入，骨蜡封闭，分层缝合切口，青霉素肌注(80万u)。手术后第7，14，30，60，90，180，360天分别无痛处死动物，切取试样周围0.5～1.0cm的骨组织，置于10%甲醛溶液中固定，作石蜡包埋，切片，HE染色，病理切片观察[5]。
2 结 果
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2.1 肉眼观察
三种骨修复生物材料骨内植入切口一期愈合，未见分泌物和淤血。股骨外侧未见异常，植入试样与骨紧密嵌合，周围组织生长良好，存活30天以上动物，可见植入试样表面均有不同程度的新生骨覆盖。
2.2 组织学观察
三种骨修复生物材料植入兔股骨内早期(7天)可见淋巴细胞，少量中性粒细胞和纤维母细胞(3～2级)，病理切片见图1；14天已形成部分纤维被膜，炎症细胞明显减少(1级)，病理切片见图2；30天后形成新骨层包绕试样，病理切片见图3，4；90～180天可见包绕骨层明显加厚，骨板改建，趋于成熟，与试样直接相接，病理切片见图5，6。
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图1
图2
图3
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图4
图5
图6
三种骨修复生物材料植入兔股骨内360天，组织学观察明显不同。羟基磷灰石(HA)已有部分吸收，骨组织及骨髓已长入生物材料内部；氧化锆生物陶瓷(Zr)可见生物材料周围形成大量成熟骨组织，表面光滑，生物材料表面未见明显吸收现象；生物活性玻璃陶瓷(BG)可见生物材料周围已形成大量成熟骨组织，表面不光滑，且与生物材料紧密相接。病理切片见图7。
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图7
图1～图7为骨内组织植入试验病理切片
3 讨 论
三种骨修复生物材料植入早期可见淋巴细胞，少量中性粒细胞。14天炎症细胞明显减少，且形成部分纤维被膜。羟基磷灰石(HA)和氧化锆生物陶瓷(Zr)有少量新骨形成。30天后已形成新骨层包绕试样，90～180天包绕骨层明显加厚，骨板改建趋于成熟，与试样直接相接。
三种骨修复生物材料植入360天，组织观察明显不同，与生物修复材料结构有关。因羟基磷灰石(HA)是多孔的生物材料，所以有部分骨组织及骨髓已长入生物材料内部；生物活性玻璃陶瓷(BG)生物材料周围已形成大量成熟骨组织，表面不光滑，可能部分材料降解，且与材料紧密相接。HA和BG两种材料生物相容性良好。氧化锆生物陶瓷(Zr)材料周围形成大量成熟骨组织，表面光滑，生物材料表面未见明显吸收现象。
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本研究结果证明三种骨修复材料有诱导骨生长的能力、促进骨质新生及钙化的可能，能与骨组织形成骨性结合，稳定性好。 作者简介：田文华(1940-)，男，副主任药师。
参考文献
1 Mukhetjee DP.Polymers:Biomaterials and medical application.John Willey & Sons,1989,320
2 Arm DM,Tencer AF.Effect of controlled release of platelet-derived growth factor from a porous hydroxyapatite implant on bone ingrouth.Biomaterials,1996,17:703-709
3 Takuma M,Takamori Y,et al.Experimental study on the relationship between the initiation period of occlusal function and the tissue response around aluminium oxide implant.J Osaka Univ Dent Sch,1987,27:101-109
4 Mashimoto M,Akagawa Y,et al.Single-crystal sapphire endosseous dental implant loaded with functioned stress-clinical and histological evaluation of peri-implant tissue.J Oral Rehabil, 1988,15:65-76
5 卫生部.卫药发[1997]第81号文：生物材料和医疗器材生物学评价技术要求.1997
(1998-02-01收稿), 百拇医药
单位：田文华 陈丹丹 奚廷斐 中国药品生物制品检定所(北京 100050)；赵谌 牛景路 丁宁 北京首都医科大学附属口腔医院(北京 100050)
关键词：羟基磷灰石(HA)；氧化锆生物陶瓷(Zr)；生物活性玻璃陶瓷(BG)；植入；成熟骨组织
北京生物医学工程990411 摘 要 将三种骨修复生物材料分别植入兔股骨内，在植入后7天，14天，30天，60天，90天，180天，360天进行了组织病理学研究。三种骨修复生物材料植入早期组织学观察基本相同，植入360天组织学观察有所不同，羟基磷灰石(HA)已有部分吸收，骨组织及骨髓已长入生物材料内部；氧化锆生物陶瓷(Zr)可见材料周围形成大量成熟骨组织，表面光滑，生物材料表面未见明显吸收现象；生物活性玻璃陶瓷(BG)可见生物材料周围已形成大量成熟骨组织，表面不显光滑，且与生物材料紧密相接。
, 百拇医药
A Study of Histopathology Induced by Three Kinds
of Bone-repairable
Biomaterials Implanted into the Rabbit Thigh
Tian Wenhua, Chen Dandan, Xi Tingfei
(National Institu for Control of Pharmaceutical and Biological Products,Beijing 100050)
Zhao Chen, Niu Jinglu, Ding Ning
(Beijing Capital Medical University,Beijing 100050)
, 百拇医药
Abstract
Three kinds of bone-repairable biomaterials were implanted into thigh of rabbit respectively.Then histopathology was studied after 7 days,14 days,30 days,90 days,180 days and 360 days.At early stages, the histopathology induced by the bone-repairable biomaterials was about the same,but difference was observed after 360 days.It was found that the hydroxyapatite had been partly absorbed,osseous tissue and marrow had grown into the materials.There were planty oif mature osseous tissue with smooth surface and unclear absorption formed around the zirconium oxide bioceramics whirlbone,while around the bioactiveglass caramics tightly contacted mature osseous tissous without smooth surface was found.
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Key words:Hydroxyapatite; Zirconium oxide Bioceramics whirlbone; bioactiveglass ceramics; Implantation; Mature osseous tissue
0 前 言
人体的硬组织(如骨、齿及关节等)因各种原因造成的损坏、缺陷、变形等大范围病变，完全依靠采用自体骨进行修复是不可能的。一则数量有限，二则增加了感染机会，更增加了患者的痛苦。而异体骨(人骨、动物骨等)的移植，又存在着免疫反应等问题。因此，为广大患者提供急需的、性能良好的人工骨材料具有重要的现实意义。
羟基磷灰石是天然骨与牙齿的主要成分，国内外均致力于羟基磷灰石的研究、开发与应用并取得了令人欣慰的成果。羟基磷灰石材料具有优良的生物相容性，主要用于骨修复和植入物的表面涂层，但是羟基磷灰石的强度较低，无法满足人工关节、人工骨和人工牙的负重要求。目前常用接近惰性的氧化铝和氧化锆陶瓷，以及生物活性陶瓷。这类陶瓷强度硬、耐磨、耐压、耐腐蚀且稳定性好，其缺点是与骨组织不能形成真正的骨性连接[1～4]。
, 百拇医药
为进一步深入细致地了解骨修复材料长期植入生物体内的组织学变化，我们对国产羟基磷灰石(HA)、氧化锆生物陶瓷(Zr)和生物活性玻璃陶瓷(BG)植入兔股骨内的组织学反应进行了长期深入的研究，为临床提供该材料应用的可靠性。
1 材料和方法
1.1 材 料
(1)羟基磷灰石(HA)，规格φ2mm×6mm，北京深港科技开发部提供。
(2)氧化锆生物陶瓷(Zr)，规格φ2mm×6mm，北京赛奇特种陶瓷功能制品工程研究中心提供。
(3)生物活性玻璃陶瓷(BG)，规格φ2mm×6mm，海南天元医用生物材料厂提供。
1.2 动物分组
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第一组：羟基磷灰石(HA)在同一只兔子，两后腿各植入3个样品(每个时间组2只)。
第二组：在同一只兔子右腿植入氧化锆生物陶瓷(Zr)3个样品，左腿植入生物活性玻璃陶瓷(BG)3个样品(每个时间组4只)。
1.3 方 法
选用2.5kg左右的新西兰健康家兔，用3%戊巴妥液麻醉，按外科手术要求，常规备皮，消毒术野，暴露兔股骨外侧骨皮质，用牙科电钻钻通，形成所需洞形。按动物分组要求分别将试样紧密嵌入，骨蜡封闭，分层缝合切口，青霉素肌注(80万u)。手术后第7，14，30，60，90，180，360天分别无痛处死动物，切取试样周围0.5～1.0cm的骨组织，置于10%甲醛溶液中固定，作石蜡包埋，切片，HE染色，病理切片观察[5]。
2 结 果
, http://www.100md.com
2.1 肉眼观察
三种骨修复生物材料骨内植入切口一期愈合，未见分泌物和淤血。股骨外侧未见异常，植入试样与骨紧密嵌合，周围组织生长良好，存活30天以上动物，可见植入试样表面均有不同程度的新生骨覆盖。
2.2 组织学观察
三种骨修复生物材料植入兔股骨内早期(7天)可见淋巴细胞，少量中性粒细胞和纤维母细胞(3～2级)，病理切片见图1；14天已形成部分纤维被膜，炎症细胞明显减少(1级)，病理切片见图2；30天后形成新骨层包绕试样，病理切片见图3，4；90～180天可见包绕骨层明显加厚，骨板改建，趋于成熟，与试样直接相接，病理切片见图5，6。
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图1
图2
图3
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图4
图5
图6
三种骨修复生物材料植入兔股骨内360天，组织学观察明显不同。羟基磷灰石(HA)已有部分吸收，骨组织及骨髓已长入生物材料内部；氧化锆生物陶瓷(Zr)可见生物材料周围形成大量成熟骨组织，表面光滑，生物材料表面未见明显吸收现象；生物活性玻璃陶瓷(BG)可见生物材料周围已形成大量成熟骨组织，表面不光滑，且与生物材料紧密相接。病理切片见图7。
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图7
图1～图7为骨内组织植入试验病理切片
3 讨 论
三种骨修复生物材料植入早期可见淋巴细胞，少量中性粒细胞。14天炎症细胞明显减少，且形成部分纤维被膜。羟基磷灰石(HA)和氧化锆生物陶瓷(Zr)有少量新骨形成。30天后已形成新骨层包绕试样，90～180天包绕骨层明显加厚，骨板改建趋于成熟，与试样直接相接。
三种骨修复生物材料植入360天，组织观察明显不同，与生物修复材料结构有关。因羟基磷灰石(HA)是多孔的生物材料，所以有部分骨组织及骨髓已长入生物材料内部；生物活性玻璃陶瓷(BG)生物材料周围已形成大量成熟骨组织，表面不光滑，可能部分材料降解，且与材料紧密相接。HA和BG两种材料生物相容性良好。氧化锆生物陶瓷(Zr)材料周围形成大量成熟骨组织，表面光滑，生物材料表面未见明显吸收现象。
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本研究结果证明三种骨修复材料有诱导骨生长的能力、促进骨质新生及钙化的可能，能与骨组织形成骨性结合，稳定性好。 作者简介：田文华(1940-)，男，副主任药师。
参考文献
1 Mukhetjee DP.Polymers:Biomaterials and medical application.John Willey & Sons,1989,320
2 Arm DM,Tencer AF.Effect of controlled release of platelet-derived growth factor from a porous hydroxyapatite implant on bone ingrouth.Biomaterials,1996,17:703-709
3 Takuma M,Takamori Y,et al.Experimental study on the relationship between the initiation period of occlusal function and the tissue response around aluminium oxide implant.J Osaka Univ Dent Sch,1987,27:101-109
4 Mashimoto M,Akagawa Y,et al.Single-crystal sapphire endosseous dental implant loaded with functioned stress-clinical and histological evaluation of peri-implant tissue.J Oral Rehabil, 1988,15:65-76
5 卫生部.卫药发[1997]第81号文：生物材料和医疗器材生物学评价技术要求.1997
(1998-02-01收稿), 百拇医药