磷酸钙与聚甲基丙烯酸甲酯制备复合型骨水泥的生物学研究
目的： 1.探讨磷酸钙(CPC)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)按不同比例混合而制备新型复合型骨水泥(CPC/PMMA)的方法及生物力学性能。 2.探讨复合型骨水泥材料CPC/PMMA生物安全性、组织相容性。 3.探索复合型骨水泥材料CPC/PMMA移植入SD大鼠胫骨临界性骨缺损处，观察测量其降解及骨缺损修复情况。 4.筛选出CPC/PMMA最佳配比浓度，满足机体负重区域或非负重区域均可植入该复合型骨水泥材料以达到最佳治疗模式的需要。 方法： 1.复合型骨水泥CPC/PMMA的制备与分组 制备CPC(100％)组、PMMA(100％)组、CPC/PMMA(3/1，75％)组、CPC/PMMA(2/1,67％)组、CPC/PMMA(1/1,50％)组、CPC/PMMA(1/2,33％)组、CPC/PMMA(1/5,16.7％)组、CPC/PMMA(1/10,9.1％)组、CPC/PMMA(1/15，6.25％)组、CPC/PMMA(1/20，4.8％)组骨水泥试件。 2.复合型骨水泥CPC/PMMA生物安全性检测 2.1 细胞毒性实验 2.1.1 各组骨水泥浸提液的制备 将无菌条件下制成的CPC、PMMA、CPC+PMMA复合骨水泥各组:CPC/PMMA(75％)组、CPC/PMMA(67％)组、CPC/PMMA(50％)组、CPC/PMMA(33％)组、CPC/PMMA(16.7％)组、CPC/PMMA(9.1％)组、CPC/PMMA(6.25％)组、CPC/PMMA(4.8％)组材料试件分别置于培养基中，3 cm2/ml培养基37℃中120 h，制备CPC、PMMA、复合骨水泥(CPC+PMMA)各组浸提液。 2.1.2 成骨前体细胞（MC3T3-E1，小鼠来源）的体外培养 遵照细胞体外培养技术与原则。 2.2 全身亚急性毒性实验 本课题相关实验动物，我们都遵循实验动物保护原则。 将雌雄各半的昆明小鼠随机分组，体重25g-30g、5只/组，并进行标记，利用电子天平测量各组小鼠的体重。各组小鼠按50ml/kg注射骨水泥浸提液（腹腔注射），Control组注射生理盐水。注射后24h、7d、14d观察各组小鼠的一般状态（皮肤、被毛、眼、粘膜变化）、存活情况（呼吸、循环、行为等），并测量体重及组织脏器变化情况。 2.3 热源实验 无菌条件下制备CPC(100％)组、CPC/PMMA(75％)组、CPC/PMMA(67％)组、CPC/PMMA(50％)组、CPC/PMMA(33％)组、CPC/PMMA(16.7％)组、CPC/PMMA(9.1％)组、CPC/PMMA(6.25％)组、CPC/PMMA(4.8％)组、PMMA(100％)组浸提液。鼠尾静脉注射骨水泥浸提液、3ml浸提液/只（对照组注射生理盐水）。分别注射后1h、2h、3h、24h测定SD大鼠的肛温变化值。每只SD大鼠测3次取平均值。 2.4 致敏实验: 于SD大鼠小腿内侧注入骨水泥浸提液、0.1 ml/点（对照组注射生理盐水）。分别注射后15min、30min、1h、24h观察SD大鼠注射点的红斑、水肿、硬结及焦痂等形成情况。 3.复合型骨水泥CPC/PMMA理化性能的检测 3.1 初级性能检测: 3.2 高级性能检测 3.2.1 固化时间检测 3.2.2 电镜扫描形态学观察 3.2.3 物相组成份析检测 4.复合型骨水泥CPC/PMMA的组织相容性实验 4.1 细胞粘附实验:显微镜下观察12孔板中骨水泥试件周围的细胞生长形态与状态。 4.2 骨水泥试件植入临界性骨缺损、肌袋组织中的动物模型建立。 4.3 骨水泥试件植入术后动物模型的X线检查（术后4周、12周、15周）。 结果： 1.复合型骨水泥CPC/PMMA的制备 将CPC和PMMA骨水泥的同相粉末按质量比3∶1，2∶1，1∶1，1∶2，1∶5，1∶10，1∶15，1∶20均匀混合得到不同比例的混合骨水泥固相系列:CPC/PMMA(75％)组、CPC/PMMA(67％)组、CPC/PMMA(50％)组、CPC/PMMA(33％)组、CPC/PMMA(16.7％)组、CPC/PMMA(9.1％)组、CPC/PMMA(6.25％)组、CPC/PMMA(4.8％)组，根据本课题实验的需要，分别制备出与检测要求相符合的骨水泥试件。 2.1 细胞毒性分级标准分为6个级别:0级为≥100％，1级为75％-99％，2级为50％-74％，3级为26％-49％，4级为1％-25％，5级为0。无毒性即为0级，高毒性为5级。与空白对照组比较，骨水泥浸提液CPC/PMMA(16.7％)组，CPC/PMMA(9.10％)组，CPC/PMMA(6.25％)组，CPC/PMMA(4.80％)组和PMMA组有细胞毒性。 2.2 全身亚急性毒性实验各组SD大鼠机体状态指标变化无显著性差异。 2.3 热源实验实验各组SD大鼠体温变化无显著性差异。 3.1 抗压强度、抗拉伸强度及三点弯实验的抗折强度结果显示:CPC(100％)组，CPC/PMMA(75％)组、CPC/PMMA(67％)组、CPC/PMMA(50％)组、CPC/PMMA(33％)组、CPC/PMMA(16.7％)组、CPC/PMMA(9.1％)组、CPC/PMMA(6.25％)组、CPC/PMMA(4.8％)组和PMMA(100％)组的抗压强度、抗拉伸强度及抗折强度均有显著性差异(P＜0.05)。 3.2 凝固温度 CPC(100％)组为对照组，其凝固温度与室温接近约为27℃，CPC/PMMA(75％)组、CPC/PMMA(67％)组、CPC/PMMA(50％)组、CPC/PMMA(33％)组、CPC/PMMA(16.7％)组、CPC/PMMA(9.1％)组、CPC/PMMA(6.25％)组、CPC/PMMA(4.8％)组、PMMA(100％)组的凝固温度有显著性差异(P＜0.05)，各组复合型骨水泥凝固温度介于40℃-80℃之间，而PMMA组凝固温度最高达78℃左右。 3.3 固化时间 CPC(100％)组固化时间较长、约11 min，PMMA(100％)组固化时间较短、约2min，复合型骨水泥组的固化时间介于2min-6min之间，以PMMA(100％)组为对照组，CPC/PMMA(75％)组、CPC/PMMA(67％)组、CPC/PMMA(50％)组、CPC/PMMA(33％)组、CPC/PMMA(16.7％)组、CPC/PMMA(9.1％)组、CPC/PMMA(6.25％)组、CPC/PMMA(4.8％)组和CPC(100％)组为试验组，各试验组的固化时间均有显著性差异（P＜0.05）。 4.1 细胞粘附实验 显微镜下观察12孔板中骨水泥试件与成骨前体细胞(MC3T3-E1)共培养的细胞生长情况。 4.2 骨水泥试件植入SD大鼠胫骨临界性骨缺损动物模型建立。 4.3.1 骨水泥试件植入SD大鼠胫骨临界性骨缺损术后4周，动物模型的X线检查。影像学检查结果提示:骨水泥明显存在于各组胫骨临界性骨缺损填充处，术后4周各组尚未见到骨水泥有显著性降解。 4.3.2 骨水泥试件植入术后12周，动物模型的X线观察 CPC组骨材料降解情况较术后4周骨降解略明显，尤其是胫骨骨缺损边缘处的骨水泥、与周围骨组织间出现模糊阴影;PMMA组术后12周依然没有明显降解，骨水泥边缘整齐、周围骨质残存透亮影。 4.3.3 骨水泥试件植入SD大鼠胫骨临界性骨缺损术后15周X线观察 CPC组骨材料降解情况较术后12周骨降解明显，胫骨骨缺损处的骨水泥阴影模糊增强、与周围骨组织连接紧密;PMMA组术后15周没有明显降解，骨水泥边缘整齐、周围骨质的透亮影消失。 结论： 1.采用骨水泥CPC+PMMA为原料，物理条件下将两者按照不同质量比混合，以PMMA单体液调和，制备了新型复合型骨水泥CPC/PMMA，制备过程简便可靠，PMMA的介入并不影响CPC的特性，复合骨水泥材料随着PMMA含量的逐渐增高，其机械性抗压强度、抗拉伸强度和抗折强度也随之增高，而体内降解速度逐渐减慢，PMMA含量超过50％几乎无法降解。 2.复合型骨水泥CPC/PMMA(75％、67％、50％)属于无细胞毒性的生物材料，具有良好的细胞相容性。 3.复合型骨水泥CPC/PMMA无血液毒性，不引发迟发型超敏反应，不具有全身亚急性毒性，无溶血性，具有良好的生物安全性，复合型骨水泥CPC/PMMA(75％、67％、50％)组符合骨组织替代材料的基本条件。 4.复合型骨水泥CPC/PMMA修复SD大鼠胫骨临界性骨缺损的效果较理想，可以认为75％-50％浓度范围的复合型骨水泥CPC/PMMA是一种具有骨引导活性、适用于负重或非负重区域骨移植的良好的生物性骨组织替代材料。
复合型骨水泥;制备工艺;磷酸钙;聚甲基丙烯酸甲酯;生物学性能
南方医科大学
博士
外科学（骨科学）
余斌
2015
中文
TB347
127
2016-03-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）