摻鍶硫酸鈣復合骨修復材料的體外實驗研究.pdf

1、目的：現有的骨修復材料所具有的各種各樣的缺陷使其在臨床應用上受到很大的限制，這迫使人們研制新型的骨修復材料。硫酸鈣是一種具有較好生物降解性和相容性的骨修復材料；鍶元素具有促進成骨細胞生長和抑制破骨細胞形成的作用。本研究將鍶元素與醫用硫酸鈣復合以增加材料的生物活性，并初步驗證摻鍶硫酸鈣復合骨修復材料的理化性能、生物活性、生物相容性和對成骨細胞體外培養的作用，旨在為后續的進一步研究提供基礎。 方法：用α-半水硫酸鈣(α-CSH)和氯

2、化鍶(SrCl<,2>)采用混合法制得摻鍶硫酸鈣骨修復材料，制備6組不同摻鍶量的材料，其鍶元素摩爾含量分別為0％、0.1％、0.3％、0.5％、1％和2％。分別將材料加工成5mm×12mm的柱狀和15mm×2mm的盤狀。掃描電鏡觀察材料的晶體形態，測試各組柱狀材料的抗壓強度。用模擬體液(SBF)作為降解液來對材料進行降解實驗，并觀測降解過程中的若干指標：(1)pH值變化；(2)重量變化；(3)抗壓強度變化；(4)降解液中鍶離子濃度變化。

3、用各組材料浸提液來進行ROS17/2.8成骨樣細胞毒性實驗，同時設立正常細胞組和加入了苯酚的陽性對照組，并用MTT法來檢測細胞增殖情況。對正常對照組和各實驗組進行細胞堿性磷酸酶活性測定和堿性磷酸酶組織化學染色來反應材料對成骨細胞功能的影響。將ROS17/2.8成骨樣細胞接種到各組盤狀摻鍶硫酸鈣骨修復材料上進行共培養，并設立正常對照組，分別在培養后2天和4天對材料上細胞進行計數，并在第4天通過掃描電鏡觀察細胞生長情況。 結果：制得

4、的各組摻鍶硫酸鈣材料具有均質、易于加工的特點，氯化鍶的摻入不會影響硫酸鈣材料的大體外觀，但會影響到α-半水硫酸鈣的晶體形態，當摻鍶量達到2％時，晶體形態較不均勻，晶體排列比較稀疏。沒有摻鍶的硫酸鈣材料的初始抗壓強度為15.85±1.58 Mpa，隨著摻鍶量的增加，抗壓強度有逐漸下降的趨勢。當摻鍶量為2％時，材料初始抗壓強度下降到8.66±1.40 Mpa。隨著不同摻鍶量的6組材料在模擬體液(SBF)中降解時間的增加，其溶液PH值均有一定

5、的下降，不同摻鍶量的材料在降解過程中PH值的變化均較穩定，降解12周后PH值下降均不到0.2個單位。不同摻鍶量的材料在SBF中降解均會導致失重率的增加。前4周各組材料的重量變化相對較小，而4周過后失重率有增加的趨勢。與不摻鍶的硫酸鈣材料比較，摻鍶量為0.1％和0.3％的硫酸鈣材料的失重率沒有統計學意義上的差異(P=0.988，P=0.158)，隨著摻鍶量的進一步增加，材料的失重率變化有增加的趨勢(P<0.05)。摻鍶量為0.1％和0.3

6、％(P=0.581)、0.3％和0.5％(P=0.166)的材料之間失重率變化沒有統計學意義上的差異。其總體趨勢是隨著摻鍶量的增加，材料在降解過程中的失重率將會增大。隨著降解時間的延長，各組材料的力學強度均有所下降。摻鍶量為0％、0.1％、0.3％和0.5％的材料降解前4周的強度下降都比較緩慢，而當摻鍶量進一步增加后，摻鍶量為1％和2％的材料降解過程中強度下降就較快。與沒有摻鍶的硫酸鈣相比所有摻鍶材料的強度變化都具有統計學意義(P<0.

7、0001，Dunnett test)。在SBF中降解8周過程中，降解液中Sr離子濃度從第4周開始增長加快，且材料的摻鍶量越大，鍶離子濃度越高(P<0.001)，到第8周時，含鍶量為0.1％材料降解液的鍶離子濃為64.63±9.47 μ mol/L，含鍶量為2％材料降解液的鍶離子濃度為175.64±11.25 μ mol/L。材料浸提液實驗顯示，各組摻鍶硫酸鈣骨修復材料均無細胞毒性，細胞在其中生長形態正常。MTT實驗OD值顯示，細胞在各組

8、摻鍶硫酸鈣材料浸提液中增值均正常，其摻鍶材料浸提液對細胞增殖有一定的促進作用，差異具有統計學意義(P<0.05)。堿性磷酸酶組織化學染色和活性分析結果示，摻鍶材料會增加成骨細胞堿性磷酸酶的活性(P<0.05)，且當含鍶量為0.5％時最明顯。細胞與各組摻鍶硫酸鈣材料共培養結果示，細胞能與材料緊密貼附，并能在其上正常生長。共培養2天和4天后，各組摻鍶硫酸鈣材料上細胞計數與正常對照組相比無統計學差異(P>0.05)。 結論：通過對摻鍶

9、硫酸鈣理化性能、生物相容性及其對成骨細胞作用的研究結果表明： (1)用α-半水硫酸鈣(α-CSH)和氯化鍶(SrCl<,2>)混合固化制得的均質新型骨修復材料-----摻鍶硫酸鈣，具有一定力學強度的，能為植骨區域提供一定的力學支撐能力，并承擔部分應力傳導。 (2)材料體外降解性能穩定，當摻鍶量在0.5％以內時，摻鍶硫酸鈣骨修復材料在體外模擬體液(SBF)中降解前4周內能保持重量和力學強度相對穩定，并在4周后開始大量釋放具