磷酸钙骨水泥的研究和临床进展

磷酸钙骨水泥是一种极好生物相容性和生物可降解的非陶瓷型羟基磷灰石类生物材料,以被广泛应用到骨科,外科,口腔科等医学领域,本文主要介绍该材料在生物性能,操作性能及临床应用方面的研究进展。     

聚合磷酸钙骨水泥理化性能研究

将磷酸四钙与磷酸氢钙与丙烯酸－衣康酸共聚酸制成磷酸钙骨水泥体系。结果显示：在共聚酸浓度为３０％时，该体系的凝固时间为８分钟，抗压强度为３８．３１Ｍｐａ，溶解率为１．０２％，最终产物为羟磷灰石。本材料是一种有较大应用前景的粘接、垫底、根管充填和骨缺损修复替代物。     

纤维蛋白凝胶联合磷酸钙骨水泥复合物的生物学研究

目的:研究纤维蛋白凝胶联合磷酸钙骨水泥复合物的生物力学性能,为临床应用科学依据.方法:将磷酸钙骨水泥作为对照组,纤维蛋白凝胶和磷酸钙骨水泥作为复合支架材料研究组,利用细胞培养技术将两组材料分别与BMSC细胞系共同培养,动态观察细胞生长情况;结果:两种材料均有类似的细胞粘附、伸展.细胞在磷酸钙骨纤维蛋白凝胶复合材料上粘附比在磷酸钙材料上粘附多,细胞伸出较多丝样伪足与孔隙的边缘连接,数量大为增加,连接成片,相互拥挤,有大量基质形成.MTT结果有明显差异(P＜0.05),与磷酸钙骨材料上的细胞ALP比较,磷酸钙骨/纤维蛋白凝胶复合材料ALP明显增高,差异显著,有统计学意义(P＜0.05).结论:用全骨髓法分离培养的兔BMSCs体外扩增快,取材容易,在成骨诱导下能分化为成骨细胞,适合作为骨组织工程的种子细胞.且纤维蛋白凝胶联合磷酸钙骨水泥复合物具有良好的生物力学性能,具有良好的骨传导能力、力学特性,是很好的骨移植替代材料.肿瘤及创伤等疾患引起的骨缺损修复问题一直来都是骨科医生面临的一个难题,倍受医学界的关注.本论文研究用纤维蛋白凝胶联合磷酸钙骨水泥复合物的方法修复骨缺损,会成为一种全新的治疗模式,为骨缺损修复的临床治疗提供了理论科学依据.     

纤维蛋白凝胶联合磷酸钙骨水泥的理化性能及生物相容性

目的:探讨纤维蛋白凝胶联合磷酸钙骨水泥的理化性能及生物相容性.方法:将磷酸钙骨水泥作为对照组,纤维蛋白凝胶联合磷配钙骨水泥作为研究组,通过测定两组复合物抗压强度极限、抗弯强度极限、电镜结构以及固化体相组成,初步分析纤维蛋白凝胶联合磷酸钙骨水泥复合材料的理化性能及生物相容性.结果:与对照组抗压强度极限、抗弯强度极限比较,研究组抗压强度极限、抗弯强度极限明显增加,差异显著,有统计学意义(P＜0.05),扫描电镜显示研究组微孔数少于对照组,纤维分散较好.X线衍射观察在31b和35b之间均可见衍射峰,并且与对照组相比较,研究组特征衍射峰强度相对高,羟基磷灰石相比例增加.结论:纤维蛋白凝胶的加入提高了骨水泥强度,加速骨水泥向羟基磷灰石转化,是比较好的骨移植替代材料.     

硅磷酸钙复合骨水泥对L929细胞增殖相关基因表达的影响

制备了新型的硅磷酸钙复合骨水泥,Real-time PCR法研究了该材料对L929细胞3个细胞增殖相关基因表达的影响,并与MTT法做对比,旨在探讨从分子水平评价材料生物相容性的可能性及其作用机制。MTT结果表明,所有实验组浸提液对L929细胞均没有明显的毒性作用,一定浓度的含硅酸三钙骨水泥的浸提液能刺激细胞的增殖。Real-time PCR结果显示,不含硅酸三钙骨水泥不同浓度的浸提液培养3 h后,L929细胞CyclinD1、PCNA和SDH基因mRNA水平与对照组相比变化不大;添加50%wt硅酸三钙的骨水泥上述3个基因mRNA水平均显著增高。其中CyclinD1 mRNA水平在浸提液浓度为100%、75%和50%时,分别比对照组增加了44.74%、51.79%和43.84%;在浸提液浓度分别为75%、50%和100%、75%时,PCNA和SDH基因mRNA水平分别比对照组增加了64.60%、54.76%和45.07%、54.85%。结果提示,制备的这种新型硅磷酸钙复合骨水泥具有良好的生物活性,L929细胞CyclinD1、PCNA、SDH基因表达量的变化可以作为评价材料生物相容性的一种潜在方法。     

自固化磷酸钙人工骨修复小儿局部骨缺损的临床应用

目的：研讨自固化磷酸钙人工骨（Calcium Phosphate Cement,CPC)填充修复小儿局部骨缺损的临床意义,方法：选用CPC修复小儿骨缺损18例,年龄最小8个月,最大12岁,平均8岁,骨缺损部位：肱骨9例,胫骨6例,胫骨3例,病因,单纯性骨囊肿8例,骨纤维异常增生症5例,动脉瘤样骨囊肿4例,嗜酸性肉芽肿1例,骨缺损大小,最大7cm,最小2cm,平均5cm,CPC填充方式：单纯粉末7例,粉末＋松质骨粒6例,粉末＋条形骨块5例。CPC初步固化时间,最短15分钟,最长30分钟,平均20分钟,随访时间：13－27个月,平均18．5个月。结果：全组18例应用CPC后未见明显局部和全身不良反应。手术前后血PH值钙磷代谢无异常改变。X线片显示：CPC与宿主骨接触紧密,无脱落,术后3个月出现降解,新生骨形成。结论：CPC安全无毒,使用方便,易塑形,生物相容性好,能在体内降解,可以替代自体骨材料在小儿局部骨缺损应用。     

丝素蛋白/羟基磷灰石复合物对磷酸钙骨水泥性能的影响

目的：磷酸钙骨水泥（Calcium phosphate cement,CPC）以其诸多优点正得到了越来越多的应用,但其较差的力学性能表现也限制了它的使用范围。本研究目的在于改善磷酸钙骨水泥的力学性能,同时评估改性后的磷酸钙骨水泥的其他性能。方法：通过丝素蛋白（Silk fibroin,SF）的矿化自组装方法制备丝素蛋白／羟基磷灰石复合物（silk fibroin/hydroxyapitite composite, SF/HA）。按照1％、2％、3％、4％的质量分数加入磷酸钙骨水泥中,与磷酸钙骨水泥组对比。比较内容包括力学强度、抗渍散性能及细胞毒性。结果：以丝素蛋白溶液为液相组的磷酸钙骨水泥强度大约为35MPa。随后随着添加丝素蛋白／羟基磷灰石复合物的质量分数从1％增至3％,磷酸钙骨水泥的强度逐渐增加（P〈0．05）,最高约至45MPa。而当丝素蛋白／羟基磷灰石的质量分数达到4％时,磷酸钙骨水泥的强度较质量分数3％组小幅度下降至43MPa（P〈0．05）。以丝素蛋白溶液作为液相时,磷酸钙骨水泥的抗溃散能力也得到了加强。在MTT法测定细胞活力的对照实验中,无论是加入丝素蛋白溶液或丝素蛋白／羟基磷灰石复合物,都未观察到细胞毒性。结论：在磷酸钙骨水泥中加入3％质量分数的丝素蛋白／羟基磷灰石复合物,能显著提高磷酸钙骨水泥的抗压强度。而丝素蛋白溶液作为液相可改善磷酸钙骨水泥的抗溃散能力。同时,丝素蛋白和丝素蛋白／羟基磷灰石复合物都不表现出细胞毒性。更理想的力学强度和更强的抗溃散能力,大大扩展了磷酸钙骨水泥的应用范围。     

万古霉素/磷酸钙骨水泥复合材料的细胞毒性研究

目的:研究不同浓度配比(0%、1%、5%、10%)万古霉素/磷酸钙复合材料对大鼠骨髓间充质干细胞的毒性作用。方法:原代培养大鼠间充质干细胞并鉴定;采用CCK-8法测定不同浓度配比万古霉素/磷酸钙复合材料对大鼠骨髓间充质干细胞增殖的影响、TUNEL法测定细胞凋亡率、扫描电镜观察细胞形态学改变。结果:CCK-8结果显示,5%及10%万古霉素/磷酸钙复合材料显著抑制大鼠骨髓间充质干细胞增殖(P0.05);TUNEL结果显示,5%及10%万古霉素/磷酸钙复合材料组细胞凋亡率显著增高(P0.05);扫描电镜结果显示,高浓度万古霉素毒性作用下细胞失活,形态学发生显著变化;1%万古霉素/磷酸钙复合材料组对细胞影响相对于空白对照组无显著差异。结论:低浓度(1%)万古霉素/磷酸钙复合材料基本无细胞毒性,细胞相容性好。     

碳纤维/碳纳米管增强磷酸钙生物复合材料的血液相容性研究

目的：探讨以碳长纤维模拟骨组织中的胶原纤维束,碳纳米管弥散分布在骨水泥基质中所制备的仿生复合材料的血液相容性。方法：采用血小板静态浸渍黏附、聚集实验法,通过扫描电镜（SEM）观察复合材料表面、粗糙断面及气孔内的血栓形成情况,对其血液相容性进行研究。结果：以两种碳材料为增强相制备的复合材料与血液接触后,在材料光滑的表面、粗糙的断面及气孔内、以及碳纤维与碳纳米管的表面,由于纤维蛋白原的吸附量较少使血小板难以黏附、聚集,因此,在材料表面未能形成白血栓。结论：以碳纤维和碳纳米管为增强相制备的骨水泥生物复合材料具有良好的血液相容性。     

不同剂量rhBMP-2/CPC 体内骨诱导活性的比较研究*

目的:对比不同剂量rhBMP-2与多孔CPC复合后的诱导成骨效应,探讨与多孔CPC复合后的rhBMP-2的量效关系.方法:将0.5 mg/ml、1 mg/ml、2 mg/ml、3 mg/ml 4种不同剂量的rhBMP-2与多孔CPC材料复合后,植入36只小鼠双侧股部肌肉内,分别于术后1周、2周及4周取材,通过大体观察、组织学分析、形态计量学分析、荧光双标测定,观察4组诱导成骨情况.结果:植入1周,rhBMP-2与多孔CPC材料复合表现出了较明显的剂量依赖性,含有较多rhBMP-2的材料内诱导形成的骨组织也较多,但骨组织的增加并未随着rhBMP-2剂量的增加而连续递增,2 mg组和3 mg组新生骨组织含量无明显差异(P＞0.05).植入4周,新生骨组织向材料内部生长,但此时的新生骨组织面积较2周增加不显著(P＞0.05).0.5 mg组新生骨组织含量仍处于最低水平,而其它三组之间却无明显差异(P＞0.05).结论:在0.5 mg/ml-2.0 mg/ml剂量范围,与多孔CPC复合的rhBMP-2诱导成骨量与其剂量成正比,最佳剂量为2 mg/ml.     

自固化磷酸钙人工骨复合骨形成蛋白在牙槽骨缺损修复中的应用

目的：探讨自固化磷酸钙人工骨（autosolidification calcium phosphate cement,ACPC）复合骨形成蛋白（bone morphogenetic protein,BMP）对牙槽骨缺损修复的生物学作用。方法：将ACPC/BMP即刻植入拔牙术后患者牙槽创口,随访24周,通过临床检查和CCD数字化摄片观察牙槽骨缺损修复情况。结果：实验位点无炎症、过敏和毒性反应发生,实验组患者牙槽嵴骨量吸收较空白对照组少,外形维持较好。结论：BMP/ACPC复合骨兼具骨的引导性和诱导性,可促进新骨沉积钙化,即刻植入拔牙创利于增加牙槽骨量,维持牙槽外形,但材料降解性存在不足。     

自固化磷酸钙充填根管的临床疗效观察

目的：探索自固化磷酸钙根管充填剂在根管治疗中的作用,观察其疗效。方法：选择做根管治疗的患牙120颗,随机分为2组,分别应用自固化磷酸钙根管充填剂和氧化锌西香西油碘仿糊剂加牙胶尖,进行根管充填治疗,随机观察12个月,结果：自固化磷酸钙根管充填剂治疗组根充后反应明显轻于化锌丁香油碘仿糊剂牙胶尖根充治疗组,临床治疗成功率高于氧化锌丁香油碘仿糊剂牙胶尖根管充填组（P＜0．05）。结果：自固化磷酸钙根管充填剂是一种良好的根充材料。     

骨诱导无机材料BAM 修复牙种植体周围骨缺损的实验研究

目的:评价骨诱导磷酸钙生物陶瓷(BAMOICPC)与可吸收胶原膜(BME-10X医用胶原膜)在牙种植体周围骨缺损中的修复能力。方法:在兔股骨上植入羟基磷灰石涂层BLB种植体,然后在其侧壁制造高4 mm、宽3 mm、深2 mm的骨缺损。对照组为单纯侧壁骨缺损,实验A组骨缺损区仅覆盖BME-10X膜,B组骨缺损区植入BAMOICPC,C组骨缺损区植入BAMOICPC并加盖BME-10X膜。于术后6个月取带种植体的骨段,通过HE染色和扫描电镜(SEM)分析。结果:对照组骨缺损区种植体表面见纤维包裹,实验A组骨缺损边界区少许骨质移行覆盖,实验B组下半部分缺损区新生骨覆盖。C组新生骨完全覆盖骨缺损区,且较B组硬度高,扫描电镜见与种植体结合更紧密。组织学观察B、C两实验组新生骨均可见比较成熟的哈弗氏管系统。结论:骨诱导磷酸钙生物陶瓷BAMOICPC是一种较理想的骨替代材料,联合运用胶原膜修复种植体周骨缺损效果佳。     

纳米双相磷酸钙陶瓷支架材料肌内降解性能的实验研究

目的:纳米双相磷酸钙陶瓷(Biphasic calcium phosphate nanocomposite,NanoBCP)支架是一种新型支架材料,具有三维立体多孔结构,孔隙率可达60%～80%。本研究观察了纳米双相磷酸钙陶瓷肌内降解情况。方法:将NanoBCP制备为5mm×5mm×1.5mm大小各8块的支架植入SD大鼠腿部肌袋内,相同孔径、孔隙率的羟基磷灰石(Hydroxyapatite,HA)及普通双相磷酸钙陶瓷(Biphasic calciam phosphate,BCP)作为对照,于4、12、24周取材,测定材料降解率(失重率),从大体、组织学观察以了解材料降解情况。结果:材料肌内植入后降解率测定结果:NanoBCP降解率为32%,BCP的降解率为13%,HA的降解率为3%。组织学观察发现,NanoBCP肌内植入24周后,大部分NanoBCP支架已经将解,并且将解的碎片已埋入纤维结缔组织里。结论:NanoBCP与BCP、HA相比有良好的降解性能。     

椎体静脉稀疏区注入骨水泥对PVP术中骨水泥渗漏的影响

目的:探讨椎体静脉稀疏区注入骨水泥对骨质疏松椎体压缩性骨折患者行经皮穿刺椎体成形术(percutaneous vertebroplasty,PVP)术中骨水泥渗漏的影响。方法:选择西安交通大学第二附属医院2014年1月至2018年6月收治的61例骨质疏松椎体压缩性骨折患者,根据骨水泥注入区域的不同,将所有患者分为A组(30例)及B组(31例),A组骨水泥注入区域为椎体静脉密集区(椎体中1/3平面处),B组骨水泥注入区域为椎体静脉稀疏区(椎体上1/3及下1/3平面处),对比两组的骨水泥渗漏率,术前、术后6个月时的视觉模拟评分(Visual analogue scale,VAS),治疗中的骨水泥用量、椎体高度恢复率及cobb角恢复度数。结果:B组的骨水泥渗漏率及骨水泥用量均明显低于A组(P0.05)。两组的VAS评分、椎体高度恢复率、cobb角恢复情况对比差异无统计学意义(P0.05)。结论:与椎体静脉密集区相比,在椎体静脉稀疏区注入骨水泥可显著降低骨质疏松椎体压缩性骨折患者PVP术中骨水泥渗漏率,椎体静脉稀疏区可作为PVP术中骨水泥注射的一个相对安全区域。     

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。     

犬完整骨及骨水泥重建骨缺损微波灭活后的生物力学研究

目的:研究微波消融(microwave ablation)对结构正常及缺损后骨水泥修复重建的犬骨生物力学性能的影响.方法:取成年犬股骨12对,随机分为完整组和重建组,再随机选取每对股骨的一侧作为对照组,另一侧为实验组,试验由此分为四组:完整对照组,完整微波组,重建对照组,重建微波组.然后将每根股骨制作成两个不同的骨标本,分别长3 cm和6 cm.两种微波组的标本均进行微波灭活,两种重建组的标本均制备成缺损模型并行骨水泥修复重建.然后分别对3、6 cm两种标本行压缩和三点弯曲试验.结果:完整对照组与完整微波组之间,重建对照组与重建微波组之间的最大压缩力、最大压缩位移、最大弯曲力及最大挠度等均无显著性差异.结论:微波消融对结构正常的犬骨的生物力学性能无明显影响,且不会加剧对重建犬骨的力学强度的破坏.     

髓内钉固定联合骨水泥填充治疗四肢骨干转移癌伴病理性骨折的临床研究

目的:研究髓内钉固定联合骨水泥填充治疗四肢骨干转移癌伴病理性骨折的临床疗效。方法:选取2009年1月到2014年1月我院收治的四肢骨干转移癌伴病理性骨折患者90例,所有患者均给予髓内钉固定联合骨水泥填充进行治疗。应用视觉模拟评分法(VAS)评定术前、术后患者的疼痛情况,应用Enneking评分来评价患者的肢体功能,应用Kanofsky评分法评价患者的生活质量。结果:所有患者均成功随访,随访时间为10-48个月,平均随访时间为(33.8±2.5)个月。所有患者围手术期均无感染或者其他并发症。术后VAS评分、Enneking评分以及Kanofsky评分均显著优于手术前,比较差异具有统计学意义(P0.05);Enneking评分显示,32例优,34例良,22例中,2例差,优良率为73.3%。结论:髓内钉固定联合骨水泥填充治疗四肢骨干转移癌伴病理性骨折疗效确切,能显著改善肢体功能,减轻患者疼痛,提高患者的生活质量。