rhBMP-2/CPC人工骨修复长骨大段骨缺损的实验研究
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2010年10月1日
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[关键词]人工骨修复; 长骨; 大段骨缺损
[中图分类号] R683[文献标识码]A [文章编号] 1005-0515(2010)-10-036-01
修复长骨大段骨缺损一直是骨科领域中亟待解决的难题。为了寻找修复长骨大段骨缺损的较理想骨替代材料,本实验将具有益好生物学性能和骨传导作用的同具有骨诱导能力的磷酸钙骨水泥(CPC)与结重组人骨形态发生蛋白-2 rhBMP-2)结合在一起,制成材料rhBMP-2/CPC人工骨,并进行了修复长骨大段骨缺损的实验,以期将其尽快应用于临床。
1 材料与方法
1.1 rhBMP-2/CPC人工骨的制备
CPC由固相粉末与液相固化液组成。固相主要由磷酸四钙(TTCP)、磷酸氢钙(DCPD)、磷酸二氢钙(MCPA)、β-磷酸三钙(B-TCP)、少量羟基磷灰石(HA)和氟化钙(CaF2)组成,固相成分均为自行制备的高纯度超细粉末,其中HA颗粒直径小于50nm。固化液由磷酸与磷酸氢钠溶液配制而成PH值为7.4。将CPC粉末与含有rhBMP-2的固化液按固液比mp/vl=4g:1ml在玛瑙研钵中充分调和成糊状,制成直径15mm*4mm*4mm的长方体片,每片含rhBMP-2 600ug。
1.2 rhBMP-2/CPC人工骨修复长骨大段骨缺损试验
1.2.1 实验动物及手术过程取健康新西兰兔30只。雌雄不限,体重2.0～2.2kg。2%异戊巴比妥钠麻醉。双侧前肢剃毛、消毒,取外侧切口切开皮肤及皮下组织。显露桡骨干中段.用单片小锯锯下l5mm连带骨膜骨段,造成桡骨干15mm缺损.用生理盐水反复冲洗创腔清除骨屑。左侧植入rhBMP-2/CPC人工骨,右侧植入已消毒的同样规格CPC人工骨,其中2例缺损处不植入任何材料,逐层缝合伤口,术后伤口不盖敷料,肢体不作外固定。
1.2.2 观察指标(i)大体观察:术后观察动物的饮食、活动及伤口反应等。(2)新骨形成面积定量分析:分别于术后2、4、8和12周时,随机从实验侧和对照侧标本中各取组织学切片l2张,通过Leitz ASM68K计算机图像分析仪测量材料内的新骨形成面积,并按一定方法计算出材料内部新骨面积的相对百分比,作统计学分析(t检验),以观察植入材料的成骨情况。(3)生物力学测试.术后l2周时,取实验侧、对照侧整个桡骨及正常桡骨标本作力学强度测试。除净标本软组织和骨膜,在MTS陶瓷试验系统上用三点弯曲法进行测量,跨距为30mm,加载速度为0.5mm/min.以测定其最大抗折载荷,对所获三组数据进行对比并作统计学处理(F检验)。
2 结果
2.1 大体观察 术后动物前肢不能负重,跛行,术后1周左右恢复正常活动。所有动物切口均Ⅰ期愈合,切口未见感染、破溃及分泌物。
2.2 新骨形成定量分析结果从表1中可以看出.两侧植人物新骨形成量随时问的延长逐渐增多,在2、4、8和l2周时,rhBMP-2/CPC侧材料内新骨形成量均多于CPC侧,统计学分析有显著性差异(p<0.01)。
表1 rhBMP-2/CPC侧与CPC侧植入
物内新骨形成的比较( x±S)
2.3 生物力学测试结果术后l2周时.rhBMP-2/CPC侧、CPC侧植人材料和正常桡骨的平均抗折强度分别为l9.32±0.75MPa、13.41±0.63MPa和20.08 0.68MPa,rhBMP-2/CPC侧材料的抗折强度与正常桡骨相比非常接近,统计学分析无显著性差异(P>0.05),且二者的抗折强度均明显高于CPC材料的抗折强度,统计学分析有非常显著性的差异(P<0.01)
3 讨论
CPC是20世纪80年代中期由Brown和Chown研制成的人工骨材料,由磷酸钙粉末与固化液组成,两者调和后在室温或体内环境下自行固化转变成含微孔的羟基磷灰石(HAP)晶体,其理化特性具有可塑性,具有一定的力学强度和孔隙率。在生物学特性上具有如下优点:反应不产热,水化产物为羟基磷灰石,而后者是天然骨的主要成份;具有良好的骨诱导能力;可生物降解,能被新生骨以爬行替代的方式替代,其吸收速度和新骨形成具有一致性;无明显的毒副作用,无免疫原性和致癌作用[1-3]。CPC已经广泛应用于临床,修复骨缺损,治疗骨折,药物载体等,已有学者利用CPC作为BMP、TGF-β、TNF等生长因子的载体,利用其生物降解特性达到局部持续高浓度生长因子的释放[4]。对于CPC,Liu等[5]采用CPC浸提液对大鼠进行腹腔注射及与大鼠骨髓细胞共培养的方式,进行了急性毒性试验、细胞毒性试验、基因突变实验、染色体和核酸损害实验等一系列生物安全性检测,结果表明CPC无毒性、无致畸及无潜在致癌性,生物安全性良好。本实验采用的CPC是由超细复合磷酸钙粉末和固化液组成,由于是低温过程,rhBMP-2可加入固化液中和CPC一起沉淀,以免损伤蛋白质活性。BMP一2能诱导未分化的间充质干细胞分化成软骨或成骨细胞,具体表现为分泌活动增强,碱性磷酸酶的mRNA水平及蛋白合成增加,骨钙素、骨延蛋白和I型胶原的mRNA水平及蛋白合成增加[6]。我们研制的rhBMP-2/CPC人工骨材料具有良好的生物相容性和力学强度,材料内部有合适的孔径和气孔率,且有中央管存在,使得新骨组织不仅能从材料表面向内部生长,还能以中央管为中心自内向外生长,两个方向生长的新骨组织最终桥接交联,并与材料紧密结合,形成一种嵌合结构,从而克服了CPC材料降解时生物力学下降的缺点。
参考文献
[1] Yoshimine Y, Sumi M, IsobeR ,et al.In vitrointeraction between tetracalcium phosphate-based cement and calvarial osteogenic cells[J] ......
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