【摘要】：骨缺損是骨科臨床工作中遇到的最為棘手的問題，最常見導(dǎo)致骨缺損的病因包括高能量的創(chuàng)傷所致粉碎性骨折、反復(fù)手術(shù)失敗所致的骨不連、骨腫瘤以及骨髓炎引起的骨大塊摘除。骨缺損治療的最大難點(diǎn)則在于前期治療中的骨髓炎和后期治療中骨缺損所致的關(guān)節(jié)功能不全，前者輕則阻礙正常骨愈合的過程重則導(dǎo)致全身系統(tǒng)的感染，后者則直接影響了患者的正常解剖形態(tài)與功能。高能量創(chuàng)傷導(dǎo)致的嚴(yán)重骨缺損往往伴隨著骨缺損部位的感染，從而阻礙骨正常愈合，形成骨髓炎后會(huì)導(dǎo)致壞死骨、空洞、竇道等形成，進(jìn)一步加重骨缺損的嚴(yán)重性。此外，骨腫瘤也好發(fā)于長(zhǎng)骨的干骺端，靠近關(guān)節(jié)部位，尤其以脛骨、肱骨近端與股骨、橈骨遠(yuǎn)端常見，導(dǎo)致相應(yīng)部位大面積的骨缺損及對(duì)應(yīng)關(guān)節(jié)功能不全，給患者帶來極大的痛苦。本課題主要著眼于現(xiàn)階段骨缺損治療中無法回避的這兩個(gè)問題，針對(duì)伴有感染、影響關(guān)節(jié)解剖和功能的復(fù)雜骨缺損，按照治療方案的自然順序，分別從治療前期使用可降解的靜電紡絲納米纖維氈進(jìn)行抗菌和成骨誘導(dǎo)的基礎(chǔ)研究，治療后期利用3D打印技術(shù)重建關(guān)節(jié)解剖及功能的臨床探究這兩個(gè)方面對(duì)整體治療方案進(jìn)行了探索。 本課題分為以下三個(gè)大的部分進(jìn)行闡述： 第一部分可降解的生物高分子材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中抗菌研究及論述。 該部分主要闡述伴有骨髓炎的復(fù)雜骨缺損的治療方案及研究的現(xiàn)狀，提出現(xiàn)階段聯(lián)合具有緩釋作用的可降解高分子材料進(jìn)行前期感染消除和成骨誘導(dǎo)，后期利用3D打印技術(shù)重建復(fù)雜骨缺損所造成的解剖和關(guān)節(jié)功能不全。在這個(gè)部分中介紹了可降解生物高分子材料中抗菌水凝膠的應(yīng)用以及水凝膠與靜電紡絲各自優(yōu)勢(shì)所在，并闡述了本文中選取靜電紡絲作為治療骨髓炎骨缺損的理由。 第二部分搭載萬古霉素和羥基磷灰石的靜電紡絲PLA納米纖維氈在治療伴有感染的骨缺損中應(yīng)用。 靜電紡絲纖維氈制備及表征：將羥基磷灰石（HA）接枝到聚乳酸（PLA）上，計(jì)算百分率后按照HA含量的10%比率進(jìn)行計(jì)算。靜電紡絲纖維氈根據(jù)有無HA、VA及VA含量高低分組，以氯仿為溶劑，將PLA、萬古霉素（VA）、與PLA-g-HA進(jìn)行靜電紡絲形成纖維氈，通過掃描電鏡SEM進(jìn)行纖維直徑及形態(tài)分布觀察、能譜分析及Mapping確認(rèn)VA及HA的均勻分布，纖維直徑在500nm左右。靜電紡絲纖維氈置于PBS溶液及彈性蛋白酶溶液進(jìn)行體外降解實(shí)驗(yàn)，證明材料降解性能良好，加入VA及HA能夠加快材料降解速度。 抗菌實(shí)驗(yàn)：選用代表革蘭陽性菌的S.aureus及代表格蘭陰性菌的E.coli作為標(biāo)準(zhǔn)菌株，分別用制備的上述材料按紙片抑菌法進(jìn)行涂布實(shí)驗(yàn)，觀察在12、24h的抑菌環(huán)大��；將材料加入含有S.aureus和E.coli的液體培養(yǎng)基進(jìn)行搖菌實(shí)驗(yàn)，觀察12、24h時(shí)材料對(duì)細(xì)菌增殖的抑制作用。最后將在S.aureus和E.coli液體培養(yǎng)基中培養(yǎng)24h的靜電紡絲纖維氈進(jìn)行進(jìn)行固定后做掃描電鏡，觀察材料上的細(xì)菌數(shù)量、形態(tài)及分布特征�？咕鷮�(shí)驗(yàn)證明含有VA的PLA靜電紡絲納米纖維氈具有有效的抗菌能力。 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)： 預(yù)實(shí)驗(yàn)以SD大鼠為模型，在股骨中上段三分之一處建立6×2mm大小的臨界尺寸骨缺損，注入不同濃度的S.aureus液體培養(yǎng)液，骨髓炎骨缺損實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的模型，一周后取股骨進(jìn)行HE切片后驗(yàn)證造模成功。 正式實(shí)驗(yàn)中SD大鼠7組進(jìn)行骨髓炎造模，一周后行清創(chuàng)術(shù)置入6組材料及一組VA空白對(duì)照。在第2、4個(gè)月時(shí)分別行X線檢查、血常規(guī)、大體外相、股骨HE切片及周圍肌肉、重要臟器的HE切片。經(jīng)組間對(duì)比可見，添加靜電紡絲組的存活率高于VA空白對(duì)照組，有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P0.05）。而含VA組血常規(guī)中白細(xì)胞數(shù)量在第2個(gè)月時(shí)較未含VA組低且有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P0.05）,該結(jié)果與大體解剖及病理結(jié)果相對(duì)應(yīng)。X線及HE切片示含有HA組較未含有HA組成骨效果有明顯差異，而含有VA組較未含VA組成骨效果好（P0.05）。 上述實(shí)驗(yàn)說明在搭載萬古霉素和羥基磷灰石的靜電紡絲PLA納米纖維氈對(duì)治療伴有感染的骨缺損與臨床現(xiàn)有方案相比具有較低死亡率、較好的抗菌效果及成骨效果。 第三部分應(yīng)用3D打印技術(shù)治療復(fù)雜骨缺損的臨床探索。 在以往的臨床治療中，即便完全清除了骨髓炎的影響，嚴(yán)重復(fù)雜骨缺損常常因?yàn)闆]有合適的植入物而最終結(jié)果以關(guān)節(jié)融合、肢體短縮甚至截肢等告終，患者相應(yīng)部位解剖形態(tài)未能重建，功能無法恢復(fù)，整體治療效果也是失敗的。3D打印技術(shù)近年來在骨科的飛速發(fā)展則給之前無法處理的病例帶來了希望，這是骨科革命性的改變。在本臨床課題的研究中，我們以一例腕關(guān)節(jié)部位創(chuàng)傷后感染及嚴(yán)重骨缺損、一例肩關(guān)節(jié)創(chuàng)傷后骨缺損及幾例腫瘤造成的復(fù)雜骨缺損來探索3D打印技術(shù)的在臨床的實(shí)現(xiàn)方案。其設(shè)計(jì)及制造流程包括了臨床數(shù)據(jù)的采集，偽影的處理，Mimics下三維重建，，Geomagic Studio及Magics RP下數(shù)據(jù)的優(yōu)化，工業(yè)設(shè)計(jì)軟件UG NX等進(jìn)行植入物定制化設(shè)計(jì)，最后導(dǎo)入Magics RP進(jìn)行打印前處理，分別用EOS粉末打印機(jī)和SLA打印機(jī)進(jìn)行術(shù)前模型的打印、手術(shù)導(dǎo)板打印，EBM金屬打印機(jī)進(jìn)行金屬植入物打印。通過上述步驟，我們可以實(shí)現(xiàn)3D打印在骨科的三個(gè)層次上的應(yīng)用。一是患者模型的精確復(fù)制及術(shù)前實(shí)現(xiàn)復(fù)雜缺損精確截骨的術(shù)前設(shè)計(jì)模擬，二是為高難高精度截骨制作個(gè)體化手術(shù)導(dǎo)板截骨，三是個(gè)體化定制的植入假體，最終達(dá)到使患者術(shù)后恢復(fù)正常的解剖形態(tài)和部分的關(guān)節(jié)功能的目標(biāo)。 綜上所述，本課題從基礎(chǔ)研究和臨床應(yīng)用兩個(gè)角度分別探究了伴有骨髓炎的復(fù)雜骨缺損的治療方案。在現(xiàn)階段對(duì)于伴有骨髓炎的復(fù)雜骨缺損治療，采用可降解的高分子緩釋抗菌材料進(jìn)行感染的治療與局部的成骨誘導(dǎo)，感染清除后應(yīng)用3D打印技術(shù)重建患者正常骨關(guān)節(jié)解剖及功能是一種有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的治療方案。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：R687.3

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本文編號(hào)：2469282