本文選題：磷酸鈣骨水泥　切入點(diǎn)：離子摻雜　出處：《華南理工大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：無機(jī)離子對(duì)骨修復(fù)材料的理化性能和生物學(xué)性能的提高具有顯著的促進(jìn)作用,而生物活性物質(zhì)也能夠明顯的提高骨修復(fù)材料的成骨性能。本文通過單一離子摻雜、多元離子摻雜以及在離子摻雜的基礎(chǔ)上復(fù)合生物活性物質(zhì),構(gòu)建了具有多種功能的磷酸鈣骨水泥(Calcium phosphate cement,CPC),通過其物理化學(xué)性能和生物學(xué)性能的雙重改善來實(shí)現(xiàn)其臨床骨修復(fù)效果的提高。通過化學(xué)沉淀法合成含F(xiàn)e~(3+)的PCCP粉體(Fe-PCCP),Fe-PCCP晶體形貌隨著Fe~(3+)含量的不同而發(fā)生變化。以Fe-PCCP為原料制備了鐵摻雜的CPC(Fe-CPC)。Fe~(3+)摻量較低時(shí),CPC的凝結(jié)時(shí)間稍微有所延長,但其抗壓強(qiáng)度和可注射性都有顯著提高。Fe~(3+)的摻入對(duì)CPC水化產(chǎn)物的物相沒有任何影響,并且對(duì)其水化反應(yīng)有一定的促進(jìn)作用。含F(xiàn)e~(3+)的CPC水化之后,內(nèi)部出現(xiàn)大量針棒狀晶體、結(jié)構(gòu)更加致密。經(jīng)檢測(cè),Fe-CPC具有超順磁性,從而可拓寬CPC在臨床上的應(yīng)用范圍;并且隨著Fe~(3+)含量的提高,CPC的表面負(fù)電性逐漸增強(qiáng)。m BMSCs在含F(xiàn)e~(3+)的CPC表面展現(xiàn)出更好的鋪展形態(tài)和細(xì)胞活性、更高的細(xì)胞增殖速率、ALP活性以及成骨相關(guān)基因COL-I、OPN和Runx-2的表達(dá)量。細(xì)胞行為的變化與CPC中Fe~(3+)的摻入量有關(guān)。含F(xiàn)e~(3+)骨水泥規(guī)則的表面形貌以及表面負(fù)電荷的增加,促進(jìn)了細(xì)胞在材料表面的黏附和鋪展。Fe-CPC釋放出的Fe~(3+)在貼近材料表面層的位置濃度較高,但該處Fe~(3+)濃度無法檢測(cè)。因此本文設(shè)計(jì)了一組平行對(duì)照實(shí)驗(yàn),模擬磁性材料中Fe~(3+)釋放后的環(huán)境,研究了培養(yǎng)在具有不同濃度Fe~(3+)的浸提液中的細(xì)胞行為的變化。Fe~(3+)濃度高時(shí)具有一定的細(xì)胞毒性,但Fe~(3+)在合適濃度范圍內(nèi)(0-12.7μg/L)可以顯著的促進(jìn)mBMSCs的增殖、ALP活性以及成骨分化相關(guān)基因表達(dá)。并且,合適濃度的Fe~(3+)能夠促進(jìn)HUVECs的增殖和成血管相關(guān)基因VEGF和eNOS的表達(dá)。由此說明,Fe~(3+)在其安全濃度范圍內(nèi),具有有效的誘導(dǎo)成骨和成血管的功能。通過在Fe-CPC中載入生物活性物質(zhì)乳鐵蛋白,來進(jìn)一步提高材料前期的骨誘導(dǎo)性能。乳鐵蛋白的加入對(duì)Fe-CPC水化產(chǎn)物的物相沒有影響;當(dāng)骨水泥基體中Fe含量相同時(shí),隨著乳鐵蛋白含量的提高,骨水泥的凝結(jié)時(shí)間逐漸延長,抗壓強(qiáng)度逐漸降低�；w中Fe含量越高,乳鐵蛋白溶出越慢,因此Fe的存在對(duì)乳鐵蛋白的溶出起到了緩釋的作用。Fe和乳鐵蛋白對(duì)mBMSCs的成骨分化具有協(xié)同促進(jìn)作用,且材料中的乳鐵蛋白的存在能夠抑制細(xì)胞凋亡,含量越高,抑制凋亡的效果越顯著。通過在CPC中添加不同含量的硅酸鋅(Zinc silicate,ZS)粉體,制備了同時(shí)摻雜硅和鋅兩種離子的骨水泥。ZS含量越多,抗壓強(qiáng)度越高,ZS含量為15 wt.%時(shí),抗壓強(qiáng)度達(dá)到80 MPa;但ZS含量高時(shí),凝結(jié)時(shí)間也有所延長。硅離子和鋅離子對(duì)HA晶體的生長有抑制作用,因此ZS的添加在一定程度上延緩了CPC的水化。ZS/CPC中的鈣、硅和鋅離子都有比較穩(wěn)定的溶出,并且離子的溶出量與ZS的含量呈正相關(guān)的關(guān)系,溶出的離子顯著促進(jìn)了m BMSCs的增殖和成骨分化。適量ZS粉體的添加可以提高內(nèi)皮細(xì)胞的活性和成血管性能。在所溶出離子的共同作用下,HUVECs的增殖隨著ZS粉體含量的提高呈先增加后降低的趨勢(shì)。純CPC在體內(nèi)的降解速率較慢,與新骨生長速率不匹配。通過將ZS/CPC與PLGA微球復(fù)合,制備了可快速降解的骨水泥。PLGA微球的添加,對(duì)ZS/CPC的凝結(jié)時(shí)間和抗壓強(qiáng)度均造成了不利的影響,但骨水泥降解速率提高,8周的降解量已超過30%。Micro-CT檢測(cè)得知,PLGA微球在骨水泥基體內(nèi)部均勻分布,說明微球降解后可在骨水泥內(nèi)形成均勻的孔隙。將該骨水泥植入到新西蘭大白兔股骨缺損后發(fā)現(xiàn),PLGA微球降解形成的孔隙利于新骨的長入,新骨沿著骨水泥基體降解以及微球降解產(chǎn)生的孔隙逐漸長入材料內(nèi)部,而骨水泥中ZS的存在明顯提高了新骨的生成量。本實(shí)驗(yàn)說明,可快速降解的ZS/CPC在骨缺損的填充修復(fù)方面具有良好的應(yīng)用前景。
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【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ132.32;R318.08
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本文編號(hào)：1574729