本文關(guān)鍵詞：腫瘤假體置換感染因素分析及鈦表面功能化體外生物學(xué)研究

  更多相關(guān)文章： 假體感染 表面功能化 生物活性 抗菌活性 鈦

【摘要】：研究背景 鈦及其合金具有良好的生物相容性、綜合力學(xué)性能和生物環(huán)境下的抗腐蝕性能,已被廣泛和大量應(yīng)用于人工關(guān)節(jié)假體等骨科植入醫(yī)療器械的制造。然而,鈦基植入物仍面臨一些挑戰(zhàn)與不足,如松動和感染。松動和感染等并發(fā)癥一旦發(fā)生可導(dǎo)致明顯的肢體功能障礙、增加患者痛苦、降低患者生活質(zhì)量以及大大增加醫(yī)療費(fèi)用。 松動和感染等并發(fā)癥的發(fā)生與人工關(guān)節(jié)材料、手術(shù)方式和患者個體因素等有關(guān)。隨著手術(shù)方式的不斷改進(jìn)和患者圍手術(shù)期個性化的綜合治療,這些并發(fā)癥有所下降,但仍時有發(fā)生。人工關(guān)節(jié)假體等鈦基植入物存在生物惰性高、生物活性較差、不具備抗菌性能等不足,易導(dǎo)致早期松動和感染等并發(fā)癥。如何提高材料表面生物活性,使之既能促進(jìn)骨整合而又可一定程度上抑制細(xì)菌粘附,從而降低松動與感染風(fēng)險,成為了當(dāng)前人工關(guān)節(jié)等鈦基植入物研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。 由于人體骨骼細(xì)胞外基質(zhì)是由豐富的納米級羥基磷灰石和膠原蛋白納米纖維組成,許多研究工作一直致力于具備生物啟發(fā)功能的納米化表面,使生物相容性良好的鈦表面成為一種仿生生物活性界面,從而提高成骨細(xì)胞的黏附,促進(jìn)骨整合。然而,當(dāng)前大多數(shù)的研究都是關(guān)注哺乳動物細(xì)胞和納米表面之間的相互作用,而細(xì)菌與納米材料之間的相互作用的相關(guān)研究卻很少,其相互作用仍不清楚。 廣東工業(yè)大學(xué)輕工化工學(xué)院利用化學(xué)腐蝕技術(shù)在純鈦表面制備特定形貌和尺寸的納米化結(jié)構(gòu),但其具體的生物學(xué)性能如何尚不清楚。另一方面,有研究發(fā)現(xiàn)鈦經(jīng)紫外線照射的光催化效應(yīng)可增加鈦植入物的生物活性,并因其顯著的活性和獨(dú)特的起效機(jī)制吸引了廣泛的關(guān)注。但是,紫外線照射作為一種新型的表面處理技術(shù),經(jīng)其處理的鈦表面對細(xì)胞的黏附、增殖、成骨分化和礦化以及對細(xì)菌的粘附等生物學(xué)行為的影響亦尚不清楚。 研究目的 統(tǒng)計廣州軍區(qū)廣州總醫(yī)院骨病關(guān)節(jié)科近年來行四肢骨腫瘤瘤段切除人工關(guān)節(jié)置換術(shù)的術(shù)后感染情況,并進(jìn)一步分析感染發(fā)生的相關(guān)因素。體外條件下觀察酸蝕處理納米鈦對小鼠前成骨細(xì)胞粘附、增殖、成骨分化和礦化等細(xì)胞生物學(xué)功能的影響；進(jìn)一步觀察紫外線照射酸蝕處理納米鈦對小鼠骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞粘附、增殖、成骨分化和礦化以及對細(xì)菌的粘附等細(xì)胞生物學(xué)功能的影響,為后期動物實(shí)驗及臨床應(yīng)用提供參考依據(jù)。 研究方法 1.腫瘤假體置換術(shù)后感染的相關(guān)因素分析 通過統(tǒng)計廣州軍區(qū)廣州總醫(yī)院骨病關(guān)節(jié)科2011年4月至2013年10月期間收治的31例因四肢惡性或侵襲性骨腫瘤行瘤段切除人工關(guān)節(jié)置換術(shù)的術(shù)后感染情況,并進(jìn)一步對感染發(fā)生的相關(guān)危險因素進(jìn)行統(tǒng)計分析。 2.酸蝕處理納米鈦的表征及體外生物活性研究 應(yīng)用化學(xué)腐蝕技術(shù)在純鈦表面制備納米化結(jié)構(gòu),通過掃描電鏡觀察材料的表面形貌,并采用直接接觸法進(jìn)行細(xì)胞實(shí)驗,實(shí)驗分為納米表面組(N Ti組)、粗糙鈦表面組(R Ti組)和光滑鈦表面(S Ti組)為對照組,掃描電鏡觀察3組試件的超微結(jié)構(gòu),以小鼠前成骨細(xì)胞系為研究對象,采用4’,6-二脒基-2-苯基吲哚(4',6-diamidino-2-phenylindole, DAPI)染色法通過熒光顯微鏡觀察細(xì)胞的早期黏附、掃描電鏡下觀察材料表面細(xì)胞黏附形態(tài)、CCK-8比色法檢測細(xì)胞增殖活力、對硝基苯磷酸酯(p-nitrophenylphosphate, p-NPP)法檢測細(xì)胞內(nèi)堿性磷酸酶(ALP)活性、茜素紅染色法觀察礦化結(jié)節(jié)形成并進(jìn)行定量分析觀察細(xì)胞材料表面的礦化能力。 3.紫外線照射酸蝕處理納米鈦的體外生物活性研究 機(jī)械加工鈦(Machined Ti)與酸蝕處理鈦(Acid-etched Ti)接受或不接受紫外線(UV)照射。實(shí)驗分為Acid-etched Ti+UV組、Machined Ti+UV組、Acid-etched Ti組和Machined Ti組4組,通過接觸角測量儀測定4組材料的接觸角,觀察其表面親疏水性；通過直接接觸法進(jìn)行細(xì)胞及細(xì)菌實(shí)驗,以小鼠骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞為研究對象,采用DAPI染色法通過熒光顯微鏡觀察細(xì)胞的早期黏附、掃描電鏡下觀察材料表面細(xì)胞黏附形態(tài)、CCK-8比色法檢測細(xì)胞增殖活力、p-NPP法檢測細(xì)胞內(nèi)堿性磷酸酶(ALP)活性、茜素紅染色法觀察礦化結(jié)節(jié)形成并進(jìn)行定量分析觀察細(xì)胞材料表面的礦化能力；以金黃色葡萄球菌及表皮葡萄球菌為研究對象,采用共培養(yǎng)后超聲分離培養(yǎng)定量計數(shù)法觀察4組試件對細(xì)菌粘附的影響。 結(jié)果 1.術(shù)后隨訪時間6-36個月,平均20.13個月。瘤段切除+腫瘤假體置換術(shù)后假體深部感染的總體感染率為16.13%(5/31)。與非感染組相比較,感染組的術(shù)前血紅蛋白水平及術(shù)后使用抗生素的時間大致相同,而感染組的術(shù)前白細(xì)胞計數(shù)較低(少34.46%)、術(shù)中出血量較低(少322.61m1)、手術(shù)時間較短(短0.33h)。 2.通過HF/HNO3混合溶液預(yù)處理獲得微米級臺階表面,然后以H2SO4/H2O2混合溶液繼續(xù)酸蝕構(gòu)建了納米化的純鈦表面(N Ti組,又稱Acid-etched Ti組),該材料在掃描電鏡下觀察見微米級的臺階上形成了網(wǎng)狀納米結(jié)構(gòu)。接觸角測定實(shí)驗結(jié)果顯示Acid-etched Ti組的的親水性優(yōu)于Machined Ti組,其表面接觸角分別為20.4。和75.2。。經(jīng)紫外照射處理后,兩組材料的接觸角均有下降,結(jié)果顯示Machined Ti+UV組接觸角降為28.2。,而Acid-etched+UV Ti組降為4.0。。其中,Acid-etched+UV Ti組顯示超親水性。 3.以小鼠前成骨細(xì)胞系為研究對象,觀察不同表面粗糙度的材料對細(xì)胞黏附、增殖、成骨分化及礦化能力等細(xì)胞生物學(xué)功能的影響。黏附能力實(shí)驗結(jié)果表明孵育30、60和120min后N Ti組材料表面黏附的細(xì)胞數(shù)均顯著多于R Ti組和STi組,差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P0.01)。掃描電鏡觀察顯示,與R Ti組和S Ti組相比,細(xì)胞在N Ti組材料表面粘附更多且鋪展面積更大。增殖能力實(shí)驗顯示3和5d后細(xì)胞在N Ti組材料表面的增殖高于R Ti組和S Ti組,差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P0.05)。復(fù)合培養(yǎng)7d后,N Ti組材料表面成骨細(xì)胞的堿性磷酸酶表達(dá)顯著高于R Ti組和S Ti組,差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P0.01)。復(fù)合培養(yǎng)14d后,茜素紅染色結(jié)果顯示,N Ti組材料表面鈣結(jié)節(jié)的形成明顯多于R Ti組和S Ti組,差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P0.01)。 4.以小鼠骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞為研究對象,觀察機(jī)械加工鈦與酸蝕處理鈦接受或不接受紫外線照射4組材料對細(xì)胞黏附、增殖、成骨分化及礦化能力等細(xì)胞生物學(xué)功能的影響。黏附能力實(shí)驗結(jié)果表明孵育30、60和120min后Acid-etched Ti組表面黏附的細(xì)胞數(shù)均顯著多于Machined Ti組,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P0.01)；經(jīng)紫外照射處理后,兩組材料表面早期粘附的細(xì)胞數(shù)量均顯著增多,差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P0.05)。掃描電鏡觀察顯示,與Machined Ti組相比,Acid-etchedTi組表面細(xì)胞的粘附狀態(tài)更佳且粘附數(shù)量更多；經(jīng)紫外照射處理后,兩組材料表面細(xì)胞的粘附狀態(tài)及細(xì)胞數(shù)量均進(jìn)一步獲得改進(jìn)和提高。增殖能力實(shí)驗顯示第1、3和5d Acid-etched組OD值均高于Machined Ti組,其中第1和5d差異均有顯著性(P0.05)；經(jīng)紫外照射處理后,兩組材料表面細(xì)胞的增殖能力均有不同程度的提高,差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P0.05)。復(fù)合培養(yǎng)7d后,Acid-etchedTi組的ALP活性高于Machined Ti組,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P0.01)。經(jīng)紫外照射處理后,兩組材料表面細(xì)胞的增殖能力均有不同程度的提高,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P0.01)。復(fù)合培養(yǎng)14d后,茜素紅染色結(jié)果顯示,Acid-etched組OD值高于Machined Ti組,Acid-etched+UV Ti組OD值高于Acid-etched組,Machined Ti+UV組OD值高于Machined Ti組,差異均有顯著性(P0.01)。 5.以金黃色葡萄球菌及表皮葡萄球菌為對象,觀察機(jī)械加工鈦與酸蝕處理鈦接受與不接受紫外線照射4組材料對細(xì)菌黏附的影響,結(jié)果表明Acid-etched Ti組表面粘附的細(xì)菌數(shù)量顯著多于Machined Ti組。經(jīng)紫外照射處理后,兩組材料表面粘附的細(xì)菌數(shù)量均顯著減少,差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P0.05),其中Acid-etched Ti+UV組,與Acid-etched Ti組相比,降低了3-4倍。 結(jié)論 1.感染難以杜絕,本病例組的感染率與國外文獻(xiàn)比較并不高。由于手術(shù)前后經(jīng)歷化療,患者抵抗力下降,白細(xì)胞數(shù)量少,更容易出現(xiàn)感染。在目前的醫(yī)療環(huán)境和社會環(huán)境中,抗菌素使用面臨困境。 2.我們利用化學(xué)腐蝕技術(shù),通過HF/HNO3混合溶液預(yù)處理獲得微米級臺階表面,然后以H2SO4/H2O2混合溶液繼續(xù)酸蝕構(gòu)建了納米化的純鈦表面。該表面為一種類似網(wǎng)狀的表面超微結(jié)構(gòu),其表面網(wǎng)狀突起為納米級。 3.體外實(shí)驗結(jié)果顯示,純鈦納米網(wǎng)具有良好的促進(jìn)成骨細(xì)胞粘附、增殖、成骨分化和礦化的生物活性,可能有利于促進(jìn)植入物與周圍組織的骨整合。 4.酸蝕處理納米化鈦結(jié)合紫外線照射處理對細(xì)胞粘附、增殖、堿性磷酸酶(ALP)活性和成骨礦化也表現(xiàn)出顯著的促進(jìn)作用,可能更有利于促進(jìn)植入物與周圍組織的骨整合。 5.未經(jīng)紫外線照射處理,酸蝕處理鈦表面既可促進(jìn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(BMSC)的粘附,又可增加細(xì)菌粘附；紫外線照射處理的酸蝕處理納米化表面不僅顯著促進(jìn)的細(xì)胞粘附,而且也能抑制細(xì)菌粘附。納米化表面改性結(jié)合紫外線照射處理組合改性的純鈦,既有利于促進(jìn)植入物與周圍組織的整合,又可抑制表面細(xì)菌粘附,在骨科植入材料方面可能具有良好的應(yīng)用前景。
【關(guān)鍵詞】：假體感染 表面功能化 生物活性 抗菌活性 鈦
【學(xué)位授予單位】：南方醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：R318.08
【目錄】：

• 摘要3-8
• ABSTRACT8-16
• 前言16-20
• 第一章 腫瘤假體置換術(shù)后感染的相關(guān)因素分析20-25
• 1 引言20
• 2 材料與方法20-21
• 3 結(jié)果21-22
• 4 討論22-24
• 5 小結(jié)24
• 參考文獻(xiàn)24-25
• 第二章 酸蝕處理納米鈦的表征及體外生物活性研究25-38
• 1 引言25
• 2 材料與方法25-28
• 3 結(jié)果28-33
• 4 討論33-34
• 5 小結(jié)34-35
• 參考文獻(xiàn)35-38
• 第三章 紫外線照射酸蝕處理納米鈦的體外生物活性研究38-57
• 1 引言38-39
• 2 材料與方法39-43
• 3 結(jié)果43-50
• 4 討論50-52
• 5 小結(jié)52
• 參考文獻(xiàn)52-57
• 全文總結(jié)57-58
• 綜述58-69
• 參考文獻(xiàn)64-69
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文69-70
• 致謝70-72

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 敬和民;吳欣強(qiáng);郭莉莉;劉永前;呂曼琪;楊柯;姚治銘;柯偉;;含Ag-Zn無機(jī)抗菌劑的Ca_3(PO_4)_2涂層的抗菌性能[J];材料保護(hù);2007年05期

2 楊柯;任伊賓;;醫(yī)用不銹鋼的研究與發(fā)展[J];中國材料進(jìn)展;2010年12期

3 王愛民,王子明,唐桂陽,孫紅振,杜全印,吳思宇,唐穎,沈岳,楊欣建;萬古霉素骨水泥在感染人工髖關(guān)節(jié)翻修中作用的實(shí)驗研究與臨床觀察[J];中華創(chuàng)傷骨科雜志;2004年06期

，

本文編號：1080543