3D打印PCL/β-TCP可降解椎间融合器的体外降解及生物力学研究

目的:研究以质量配比为5:5的聚己内酯(PCL)与磷酸三钙(β-TCP)为原材料,应用3D打印技术制备的的可降解的颈椎椎间融合器在体外的降解特性,为临床应用提供理论依据。方法:将制备好的融合器浸泡于模拟体液中,置于37℃温箱,每2周更换浸泡液,按浸泡时间的不同分为六组:分别为空白对照组、2周、4周、12周、26周、52周组。每组浸泡前后经室温真空干燥后用同一天平测量质量,计算失重质量及失重率,应用凝胶渗透色谱仪分析各组融合器中PCL的分子量变化,并应用INSTRON万能试验机进行抗压强度力学测试。空白对照组为样本室温密闭容器放置,在初始称重并检测分子量及抗压强度测试,52周后计算失重率、检测分子量及抗压强度。结果:该种可降解椎间融合器初始抗压强度达到(23.21±2.28)MPa,在体外降解52周后其抗压强度下降不明显,为(18.99±0.49)MPa(P>0.05);其在体外可缓慢降解,52周后失重率约9.23%(P<0.05),其中PCL分子量从初始的10万左右降至7万左右(P<0.05)。结论:该种可降解椎间融合器抗压力学强度适中且能长时间维持,符合临床应用要求,其在体外可缓慢降解,评估其在生物体内的降解吸收特性较好,在人体椎间融合手术中应用的可行性及有效性较高。     

多孔钛合金不同孔径大小对新骨长入的影响

目的:评价不同孔径多孔钛合金植入物在骨缺损区对新骨长入的影响。方法:采用电子束熔融(EBM)技术制备三种不同孔径(孔径分别为1.0 mm,2.0 mm,3.0 mm)的多孔钛合金材料,其孔隙率依次为73%,79%,86%。将18只家犬随机分为1.0 mm孔径材料组,2.0 mm孔径材料组,3.0 mm孔径材料组,每组6只。制备家犬双侧股骨外侧髁缺损模型,然后植入各孔径组材料,于术后4周,8周,12周分别行大体标本观察,X线片观察,组织形态学观察三组不同孔径材料与周围骨的整合情况及孔隙中的新骨长入情况。结果:通过大体标本观察和X线片观察显示,12周后三组材料均与周围紧密骨连接。其中1.0 mm孔径组材料中心明显成骨,2.0 mm孔径组和3.0 mm孔径组中心仍为较多白色组织填充。组织学观察显示,12周时2.0 mm孔径组和3.0 mm孔径组材料周围有骨质包绕,但中心空洞,基本无骨质形成。1.0 mm孔径组材料周围骨质包绕紧密,孔中新生骨形成较多,且有大量纤维母细胞和软骨细胞形成。各时间点1.0 mm孔径组新生骨面积百分比明显高于2.0 mm孔径组和3.0 mm孔径组,P<0.01,差异具有统计学意义。2.0 mm孔径组和3.0 mm孔径组相比,P>0.05,无显著差异。结论:孔径大小影响多孔钛合金材料的骨长入,适当孔径的设计将更有利于材料的传导成骨。     

PCL/β-TCP调控巨噬细胞极化对成血管效应的影响

目的:探究生物可降解材料聚己内酯/β-磷酸三钙(PCL/β-TCP)通过调控巨噬细胞极化对骨组织内血管生成的作用,为其临床应用提供依据。方法:采用3D打印技术制备试样并加以表征。体内实验采用模型为SD大鼠股骨远端植入模型。双侧植入PCL/β-TCP支架后采取免疫荧光染色观察支架内部成血管标记物CD31的表达差异,并采用血管灌注方法进行血管造影,评价支架内部血管体积。采用免疫荧光染色检测炎症标记物iNOS,抑炎标记物Arg-1的表达情况。体外实验采用细胞共培养的方式检测PCL/β-TCP对巨噬细胞极化的调控作用以及免疫介导的血管形成改变。实验分为两组,空白组(Control)及PCL/β-TCP(PT5)组。将巨噬细胞系Raw264.7接种于材料表面并对其极化水平及分泌改变进行检测。通过免疫荧光染色检测M1巨噬细胞标记物iNOS、M2巨噬细胞标记物Arg-1的表达情况。通过RT-qPCR检测CCR-7,CD206,血管内皮生长因子(VEGF),血小板源性生长因子(PDGF-BB),肿瘤坏死因子α(TNF-α),白细胞介素-10(IL-10)的转录情况。酶联免疫吸附试验(ELISA)检测VEGF、PDGF-BB、IL-10、TNF-α的分泌情况。应用Transwell迁移实验检测PCL/β-TCP刺激下巨噬细胞分泌作用对人脐静脉内皮细胞(HUVECs)迁移能力的影响,应用免疫荧光染色检测PCL/β-TCP刺激下巨噬细胞分泌作用对HUVECs表面血管形成指标CD31表达情况的影响。结果:在体内实验中,支架周围组织CD31表达升高(P0.001),血管灌注结果提示支架内部血管体积显著增加(P0.001),同时炎症标记物iNOS表达下调(P0.001),抗炎标记物Arg-1升高(P0.001)。在体外实验中,与Control相比,PT5组巨噬细胞中炎症标记物iNOS合成无明显差异,抑炎标记物Arg-1合成增加;炎症标记物CCR-7及TNF-α转录水平下调(P0.01,P0.01),抗炎标记物CD206及IL-10转录上调(P0.001,P0.001);VEGF转录水平下调(P0.01),PDGF-BB转录上调(P0.01);VEGF分泌水平下降(P0.001),PDGF-BB分泌增加(P0.01),IL-10分泌水平提高(P0.001),TNF-α分泌水平下降(P0.05)。在巨噬细胞分泌作用下,HUVECs的迁移能力提高(P0.001),CD31表达上调(P0.001)。结论:骨修复材料PCL/β-TCP可通过调控巨噬细胞向M2方向极化进而促进血管形成,可作为骨修复材料的候选材料之一。     

3 种不同弹性模量钛合金股骨假体在羊股骨置换模型中应力分布的三维 有限元分析

目的:通过三维有限元分析方法来观察并比较3种不同弹性模量钛合金股骨假体在羊股骨置换模型中von-Mises应力分布的情况。方法:采用64排螺旋CT对一健康成年羊的下肢股骨进行全长的CT扫描,扫描层厚为0.5 mm,扫描所得的数据存储为DICOM文件。将得到的DICOM文件导入到CT图像分析软件Mimics 10.0,然后利用Mimics 10.0软件来生成股骨的骨质点云数据,再将生成的骨质点云数据导入到Simpleware分析软件,通过机械加工反求中的复杂曲面造型技术建立起精确的三维实体模型。对三维实体模型进行网格划分,确定了髓腔的形状,并根据羊下肢股骨髓腔的形状设计了作者实验用的羊股骨假体模型,然后在ANSYS 12.1软件中进行网格划分。给予加载缓慢行走载荷以及扭转载荷,分析并比较羊股骨以及3种不同弹性模量钛合金股骨假体在股骨置换模型中von-Mises应力分布的情况。结果:在缓慢行走载荷以及扭转载荷条件下,3种不同弹性模量钛合金股骨假体von-Mises应力分布变化趋势一致,假体的柄颈结合部以及假体柄上1/3为应力集中区域。3种不同弹性模量的最大应力集中点均位于柄颈结合部,60 GPa弹性模量的股骨假体植入后假体的最大应力最小(37.8 MPa、29.1 MPa),股骨的最大应力最大(12.6 MPa、24.5 MPa);80 GPa的次之,假体的最大应力(38.4 MPa、33.4 MPa),股骨的最大应力(12.5 MPa、24.5 MPa);110 GPa的股骨假体植入后假体的最大应力最大(38.9 MPa、38.1 MPa),股骨的最大应力最小(12.3 MPa、24.5 MPa)。60 GPa弹性模量的股骨假体植入后的假体最大位移和相对位移均最小(缓慢行走载荷下假体最大位移为0.551 mm、相对位移为0.008 mm,扭转载荷下假体最大位移为0.730 mm、相对位移为0.011 mm)。结论:较低弹性模量的钛合金股骨假体(60 GPa)由于其弹性模量更接近于骨组织的弹性模量,股骨假体与股骨间的"应力遮挡"效应较小,更有利于应力在股骨假体及股骨间的传递,增加了股骨假体的早期稳定性,延长了其临床寿命。     

纳米金壳介导的光热效应对骨肉瘤干细胞体外杀伤作用的研究

目的:探究纳米金壳介导的光热效应对骨肉瘤干细胞的杀伤作用。方法:采用无血清悬浮培养法富集骨肉瘤干细胞,通过实时荧光定量PCR检测所富集细胞CD133、SOX2、NANOG、OCT4 mRNA的相对表达量以进行鉴定。将纳米金壳与骨肉瘤干细胞共培养,应用波长808 nm的近红外激光器(1.5 W/cm~2)进行照射以激发光热效应,分别用CCK8法检测光热疗法对骨肉瘤干细胞的增殖抑制率,Annexin C-Fitc/PI双染法检测光热疗法对骨肉瘤干细胞凋亡的影响。结果:成功富集了高表达CD133、SOX2、NANOG、OCT4 mRNA的骨肉瘤干细胞;纳米金壳介导的光热效应显著抑制了骨肉瘤干细胞的增殖率,当纳米金壳浓度在0～250μg/mL范围内时,增殖抑制率与浓度呈正相关;细胞凋亡结果显示,纳米金壳结合近红外照射组细胞凋亡率显著高于对照组。结论:纳米金壳介导的光热效应对骨肉瘤干细胞增殖有明显抑制作用,主要诱导骨肉瘤干细胞发生中晚期凋亡。     

改良肩关节前上方入路结合锁定接骨板治疗肱骨近端骨折

目的:评价改良肩关节前上方入路结合肱骨近端锁定接骨板治疗肱骨近端骨折的优越性。方法:分别采取改良肩前上方入路(A组)、肩峰下外侧入路(B组)和肩关节前内侧入路(C组)结合锁定近端肱骨接骨板固定治疗72例肱骨近端骨折患者。比较各组患者手术时间、术中出血量及术后引流量,术后1周疼痛视觉模拟评分(Visual analogue scale,VAS),术后3月Constan-Murley评分和骨折愈合率之间的差异。结果:A组和B组手术时间无差异(P0.05),二者均大于C组(P0.05);A组和B组术中出血量、术后引流量及术后1周VAS评分无差异(P0.05),二者均小于C组(P0.05);术后3月,A组和B组Constan-Murley评分、骨折愈合率无差异(P0.05;P0.0125),二者均大于C组(P0.05;P0.0125)。结论:改良肩前上方入路治疗肱骨近端骨折具有创伤小的特点,同时具备术中改变切口扩大显露的灵活性,是一种治疗肱骨近端骨折安全有效的手术入路。     

交联I型胶原复合生物玻璃在兔股骨远端缺损中的成骨作用

摘要 目的：评价交联度不同的I型胶原复合生物玻璃后作为人工骨移植物在兔股骨髁部骨缺损中的修复作用,以研究一种成骨性能优秀,降解速度令人满意,且具有可塑性,便于术中使用的新型人工骨移植材料。方法：本研究设置实验组及对照组,实验组为交联度70%的高交联I型胶原复合生物玻璃以及交联度为45%的低交联I型胶原复合生物玻璃。对照组为普通未交联I型胶原复合生物玻璃。于9只新西兰大白兔双下肢股骨髁部制备动物骨缺损模型,将随机分组后的三种骨移植物分别植入股骨髁部骨缺损模型中。术后6周取材行组织学分析研究,比较3种骨移植物在骨缺损中的新骨生成率。结果：组织学分析结果显示,高交联组的新骨生成率为5.23 0.87%,其成骨性能显著低于低交联组13.23 1.13%以及未交联组的12.63 0.92%（P<0.05）。而低交联组的新骨生成率与未交联组之间无统计学差异（P>0.05）。结论：交联度为45%的低交联I型胶原复合生物玻璃具有更好的成骨能力,作为骨移植材料在临床应用中具有更广阔的发展前景。