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浅谈骨缺损修复方法

2014年11月17日 论文检测样例 ⁄ 共 2285字 ⁄ 字号 暂无评论 ⁄ 阅读 1,714 views 次

gocheck论文检测11月17日检测样例:

4 讨论

骨组织工程的快速发展为临床上骨缺损修复提供新的方法。然而,由创伤、肿瘤及感染等造成的骨缺损常常是大范围不规则形状的,这就需要制备的人工骨支架具有特殊的三维立体结构。传统骨组织工程支架工艺(如静电纺丝法、固液相分离法、溶盐法等)是基于材料分离、加工原理的技术;其操作步骤较复杂,需要模具或裁剪才能获取三维立体结构,因而常常造成型支架三维立体结构精度欠佳。快速成型技术因其具有成型迅速、可准确实现支架材料的特殊三维结构渐成为目前骨组织工程支架制备的主要工艺[24]。低温快速成型技术作为一种新型快速成型技术,在计算机辅助下,通过影像学扫描(如CT、MRI等)获取骨缺损部位的三维立体模型并离散成多个层面二维结构,得到喷头扫描路径;先成型出二维结构层面,在通过各个二维结构层面的叠加准确形成具有特殊结构的三维形状[25]。成型过程中,可通过控制喷头挤出或喷射浆液细丝的长度调控成型支架的外形,通过控制喷头在X、Y平面扫描的层数(N值)及成型平台于Y轴方向下降高度(Z值)调控成型支架厚度。最重要的是低温快速成型避免了传统快速成型过程中热相变过程[26];即成型过程的低温环境使材料的化学成分不受破坏,从而可保证支架材料生物学活性。本研究通过计算机事先将复合人工骨支架模型设计为立方体,结果显示基于低温快速成型技术制备的PLGA-PEG/n-HA及PLGA/n-HA支架均成三维立方体状,因而成型精度较高。PLGA及PLGA-PEG材料在高温环境下均易分解,低温快速成型技术良好保证了材料的生物学活性。本实验制备的是单纯复合人工骨支架,并未加入骨诱导生长因子(如骨形态形成蛋白,BMP),而低温快速成型技术使支架成型过程中加入此类热敏感生长因子成为可能,从而具有直接成型活性组织工程骨支架的潜力。

目前对理想骨支架材料的孔径要求尚未有定论,多数学者认为孔径在200~500um[27-29]最适合种子细胞粘附及骨组织形成;而孔隙率越高则细胞相容性越好,更利于细胞长入支架内部[18]。支架材料的孔径及孔隙率除受材料本身特性影响外,与其制备工艺也有密不可分的关系;传统支架制备工艺成型的支架孔径一般在200μm以下且成型过程复杂。而低温快速成型技术操作简便,可通过调控成型参数实现支架孔径可空性,具体如下:①调控喷头挤出或喷射的浆液细丝间距离(d值)确定网格大小,从而影响大孔直径。②通过调控喷头直径决定喷出细丝粗细,可影响微小孔径大小。③喷头的浆液挤出或喷射速度及喷头运动速度可影响固化浆液细丝的堆积,从而一定程度上影响支架孔隙率。本实验利用低温快速成型技术并通过调控成型参数,实现亲水改性组与未改性组材料的孔径均在理想孔径范围内并具有较高孔隙率。然而,在成型参数相同的条件下,两组孔径及孔隙率在统计学上有差异显著性,PLGA-PEG/n-HA组材料的孔径波动范围大,孔径均值较PLGA/n-HA组小且部分孔径有闭塞现象,这可能与亲水改性材料在低温快速成型过程中固化时间较长,喷头喷出的细丝不能迅速固化,产生细丝“膨胀”现象,从而导致浆液细丝连接部分出现刻痕及孔径变小。其次,理想中支架的力学性应与正常人骨的力学性能相一致,良好的力学性保证了骨组织形成早期的支撑作用[30]。然而,实际成型的人工骨支架为保持良好的细胞相容性必须具备多孔疏松结构,即高孔隙率;受材料高孔隙率的影响,人工骨支架的力学性能往往较正常人骨组织低。本实验利用低温快速成型制备的PLGA-PEG/n-HA组材料力学性能低于PLGA/Na-HA组;除去材料类型的关系,通过电镜观察可见PLGA-PEG/n-HA组材料部分有裂痕(图21箭头所示),这在一定程度上影响了其力学性能。Liu等[31]通过对低温快速成型喷射系统的研究,得出适当的喷头运动速度、液体材料挤出速度才能避免叠加过程中支架倒塌和孔隙闭塞,构建适合材料的成型参数才能保证支架的三维多孔结构的建立。因而,利用低温快速成型技术制备PLGA-PEG/n-HA还需调整适合此材料的成型参数,从而提高成型精度,避免孔径闭锁及材料裂痕的产生。

细胞粘附率及细胞增殖活性是检测材料细胞相容性的重要指标。PLGA为乳酸类高聚物,其结构上得疏水性使其与细胞的亲和性降低,从而不利于细胞在支架上的生长。聚乙二醇(PEG)具有良好的亲水性能,独特的生物相容性及无免疫原性和抗原性;有学者研究在PLGA材料上引入PEG链,可将PEG的优良性能转移,从而改善原材料的亲水性,增加材料对细胞的亲和性[32]。本实验的结果显示亲水改性PLGA-PEG/n-HA组材料在细胞粘附率及表面细胞增殖活性上明显优于PLGA/n-HA组。此外,亲水改性PLGA-PEG/n-HA材料在电镜下观察下见较多粗糙刻痕,有研究显示支架材料表面拓扑形态及粗糙性更利于细胞粘附、增殖及功能表达[33]。因而,低温快速成型制备的亲水改性PLGA-PEG/n-HA材料较PLGA/n-HA具有更好的细胞相容性。

 

5 结论

总的来说,利用低温快速成型技术制备的亲水改性PLGA-PEG/n-HA材料具有合适的孔径范围及高孔隙率;亲水改性后材料的细胞粘附率及增值活性增加,是一种细胞相容性良好的骨支架材料,具有良好骨缺损修复潜能。在成型参数相同的条件下,PLGA-PEG/n-HA材料的力学性能较PLGA-PEG/n-HA欠佳,需要进一步研究成型参数与材料力学性能的关系,并且亲水改性PLGA-PEG/n-HA的降解率及骨缺损修复效果有待进一步的动物实验研究。

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