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目前,临床上用于骨缺损修复的生物材料主要包括不可降解的金属材料、可吸收的有机高分子材料和生物陶瓷材料等。其中钛合金等生物惰性材料需要二次手术取出,增加了患者的创伤和费用负担,而可降解生物材料力学性能差,无法满足承载部位的骨替换。近年来,生物可降解金属材料逐步发展,其特性能够弥补传统金属材料和可降解生物材料的局限,具有十分广阔的发展前景。本课题主要探索钙磷涂层多孔锌合金支架材料在颅颌面骨缺损修复中的应用。目的:制备新型的多孔锌合金支架材料,并在此基础上通过表面钙磷涂层改性提高表面活性,获得理想的锌合金表面结构及生物学特性。进而对该新型材料的细胞增殖、成骨分化、降解性、毒性以及骨引导等生物学特性进行研究。材料和方法:1、制备多孔钛合金(Ti合金)、多孔锌(Zn)、多孔锌合金(Zn合金)、钙磷涂层多孔锌合金(涂层Zn合金)支架材料四组样品,通过扫描电子显微镜、X射线光电子能谱仪分析多孔锌合金涂层前后的表面形貌变化和涂层成分组成。通过浸泡实验检测多孔锌合金与钙磷涂层多孔锌合金降解过程中锌、镁、钙等离子浓度、PH值以及渗透压的变化。2、制备各组材料样本浸提液,体外培养兔骨髓间充质干细胞(Bone marrow mesenchymal stem cells,BMSCs),使用不同材料样本浸提液处理细胞。通过CCK-8试剂检测细胞数量和细胞活力。在基因水平,利用Real-time PCR检测浸提液培养细胞中成骨标志基因核心结合因子a1(RUNX2,core binding factor alphal 1)、骨钙蛋白(osteocalcin,OCN)、骨桥蛋白(osteopontin,OPN)、碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)的表达情况。利用免疫荧光染色的方法观察细胞中血管内皮细胞生长因子(vascular endothelial cell growth factor,VEGF)与OCN的表达情况。通过碱性磷酸酶(ALP)和茜素红(alizarin red S,ARS)染色及半定量实验检测BMSCs的成骨分化情况。3、构建兔颅顶骨缺损模型,将不同的材料样本植入后,定期注射荧光染料,术后3、6个月取材。术后3个月时取实验兔静脉血,原子吸收光谱法测定血清中Zn、Cu、Mg、Ca离子浓度;6个月取材后收取材料上代谢产物,X射线衍射检测此代谢产物成分;制作硬组织切片,通过序列荧光标记和苦味酸-品红染色评价新生骨情况。结果:1.使用化学沉积法对多孔锌合金进行表面涂层处理,获得新的表面结构。电镜结果显示,涂层Zn合金组表面可观察到微米级点状凹陷。X射线衍射结果显示,涂层成分为二水磷酸氢钙。浸泡实验结果显示涂层Zn合金组与Zn合金组浸泡液中Zn离子浓度均提高,而Zn合金组中Zn离子浓度更高;两种浸泡液中Mg离子浓度差异不大;涂层Zn合金组中钙离子浓度较高。二者都会使培养基PH值升高,渗透压增大。2.CCK-8试剂检测细胞增殖结果显示Zn合金组与涂层Zn合金组细胞生长状态良好,与Ti合金组比较无明显差异,提示该两种材料具有较好的生物相容性。3.ALP染色和ARS染色及其半定量检测结果显示,钙磷涂层多孔锌合金可提高碱性磷酸酶的活性和钙结节形成效率。Real-time PCR检测结果显示,涂层Zn合金组中成骨相关基因(RUNX2,ALP,OPN)表达显著上调,表现出最好的促进BMSCs成骨分化的能力。4.免疫荧光染色分析不同材料样本浸提液处理BMSCs后OCN和VEGF的表达情况,结果显示Zn合金组和涂层Zn合金组中二者表达与Ti合金组无显著差异,提示锌合金和钙磷涂层锌合金与钛合金在促骨分化和促成血管的能力上无明显差异。5.序列荧光标记和苦味酸-品红染色结果提示,在兔颅骨缺损模型中,涂层Zn合金组可明显促进新骨的形成。原子光谱分析法检测兔静脉血中各金属离子含量,Ti合金组、Zn组、Zn合金组和涂层Zn合金组与空白对照组相比并无明显差异,提示各材料在动物模型中无血液毒性。同时,所有实验结果均提示钙磷涂层锌合金材料具有一定的生物可吸收性。结论:1、本实验以锌合金为基材制造多孔锌合金支架材料,并在此基础上通过化学沉积法进行表面钙磷涂层处理,从而使材料获得了新的表面结构。进一步实验表明,多孔锌合金与钙磷涂层多孔锌合金均具有生物可吸收性。2、钙磷涂层锌合金具有促进BMSCs骨向分化的能力。在体外实验中,表现出良好的促进成骨和成血管的能力,同时具有一定的可吸收性和良好的生物相容性。3、多孔锌合金与钙磷涂层锌合金在动物体内表现出一定程度的可降解性,钙磷涂层锌合金材料在动物体内表现出良好的生物相容性和最佳的促进新骨生成效果。