可注射性硼酸盐生物玻璃骨水泥的制备及对骨缺损修复的研究

目的:为临床骨水泥应用中存在的问题提供一种新的解决方案。本研究设计制备以硼酸盐生物玻璃颗粒为固相的骨水泥(BBG cement),测定不同固液相(硼酸盐生物玻璃颗粒/壳聚糖)比例的理化性质,选择出一种适用于临床应用的BBG骨水泥。在体外,将骨水泥样品浸泡在模拟体液(SBF)中,研究离子释放和羟基磷灰石(HA)转化情况;接种骨髓间充质干细胞(BMSCs),检测细胞的粘附、增殖和成骨分化;同时在兔股骨髁缺损模型中植入骨水泥,了解其在体内的促成骨能力。此外,我们制备硼酸盐生物玻璃粉体中掺入功能元素锶(Sr),并测试Sr-BBG的理化性能,研究骨水泥表面的BMSCs生物学行为及体内的生物相容性和骨生成作用。方法:将BBG粉体和壳聚糖溶液以不同的固液相比例制备出骨水泥,对可注射性、凝固时间、粘结性和抗压强度进行全面评价。用扫描电子显微镜(SEM)和X线衍射法(XRD)观察其表面形貌和HA转化。通过ICP-AES法测定骨水泥中的离子释放。在体外,将BMSCs接种于骨水泥,通过SEM、CCK-8、ALP活性和qRT-PCR等方法研究骨水泥的细胞相容性以及骨水泥对细胞的粘附、增殖和分化的影响。体内将骨水泥植入新西兰大白兔股骨髁缺损区,通过Micro-CT和组织学检测方法对其成骨效果进行评价。结果:制备的BBG骨水泥有着良好的可注射性、初凝时间、粘结性和抗压强度。在SBF中,骨水泥释放离子并发生HA转化。体外实验中,BBG骨水泥对细胞没有明显毒性作用,BMSCs在BBG骨水泥表面上能够良好粘附、增殖,并促进其成骨分化。在缺损区植入骨水泥,结果发现BBG骨水泥较CS骨水泥有更多的骨组织新生。此外,锶掺杂的BBG骨水泥同样有着良好的可注射性、初凝时间和抗压强度,相比较于不含锶的BBG骨水泥,其能够更好地促进BMSCs的粘附、增殖和成骨分化,并显著促进缺损区域骨再生和提高宿主骨和植入物接触(BIC)指数。结论:BBG骨水泥是一种具有临床应用潜力的骨修复材料,证实其具有可调控的可注射性和初凝时间,较强的抗压强度及抗溃散性。在SBF中,骨水泥释放具有成骨效应的各种离子并发生HA转化,促进BMSCs的粘附、增殖和成骨分化。BBG骨水泥掺锶后除了具有良好生物相容性和生物降解性外,也具有临床使用中需要的可注射性、初凝时间和抗压强度,并且更好地刺激BMSCs的增殖和分化,能诱导骨再生和骨整合。Sr-BBG骨水泥,为骨缺损(尤其是大面积骨缺损)的治疗提供了一个新的方法。