【摘 要】
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目的:目前,骨科、口腔外科等领域对于骨折创伤的手术治疗主要使用坚固内固定技术,临床上用于内固定的材料主要为由钛合金或者钴铬合金等制成的各种医用金属材料,如钛钢板和髓内针等。钛合金的弹性模量是人皮质骨的5倍,在骨折愈合的后期会产生应力遮挡作用。而且,研究显示体内金属释放离子、过敏原等物质可在局部或者全身引起炎性反应或者毒性反应。近几十年来,研究人员和科学家们致力于开发可生物吸收或可生物降解的金属,特
【基金项目】
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国家自然科学基金（No.81971322）；
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目的:目前,骨科、口腔外科等领域对于骨折创伤的手术治疗主要使用坚固内固定技术,临床上用于内固定的材料主要为由钛合金或者钴铬合金等制成的各种医用金属材料,如钛钢板和髓内针等。钛合金的弹性模量是人皮质骨的5倍,在骨折愈合的后期会产生应力遮挡作用。而且,研究显示体内金属释放离子、过敏原等物质可在局部或者全身引起炎性反应或者毒性反应。近几十年来,研究人员和科学家们致力于开发可生物吸收或可生物降解的金属,特别是用于骨科固定装置,如骨钉、棒、螺钉或钢丝,其理念是在植入后提供结构支撑同时进行降解,以促进植入后健康的天然组织生长。铁合金是正在研究的主要生物可降解金属材料中的新宠。铁合金有着与316L不锈钢相当的优异机械性能,但其主要缺点就是降解缓慢,这限制了它的临床应用。中国科学研究院金属研究所开发出是一种新型的可降解生物材料Fe-30Mn-0.6N合金,具有可吸收且廉价的优势,机械性能强,无磁性,可行磁共振检查,他们已经对此金属材料进行了各项物理实验。在此基础上我们将进一步研究Fe-30Mn-0.6N合金对骨组织的影响,通过在体实验观察合金的生物相容性。我们在体内实验中将Fe-30Mn-0.6N合金种植到兔股骨中,研究Fe-30Mn-0.6N在动物体内的生物相容性。研究方法:于实验室内制备直径1.5mm,长为5mm的Fe-30Mn-0.6N合金和钛合金金属短棒。实验动物为健康雄性清洁级实验兔,共30只,按照术植入金属的不同分为2组,Fe-30Mn-0.6N合金组,Ti-6Al-4V合金组。选择每只实验兔的右侧后肢股骨作为实验部位。麻醉前,抽取静脉血检测实验动物的生化指标。麻醉后,切开兔右侧后肢股骨的皮肤及皮下组织,将合金金属短棒植入实验动物股骨。种植一段时间后取材,行HE染色,甲苯胺蓝染色,光学显微镜下观察组织中炎性浸润程度及合金周围的骨生长情况。并进行免疫组织化学染色,显微镜下观察结果,并使用matlab图像分析系统,测量种植后骨组织内成骨细胞内ALP及BMP-2表达的积分光密度值（IOD值）。应用SPSS19.0统计学软件进行统计学分析,P<0.05表示差异有统计学意义。研究结果:手术后植入2W,4W,8W后,种植体与周围骨组织界面的光学显微结构。高倍镜下可见骨组织形态学良好,未见炎性细胞浸润和局部的坏死。4周和8周时在铁种植体和骨组织之间有一条纤维组织带,在纤维带中可见成纤维细胞,8周时的纤维组织带较4周时更厚,并且在纤维组织带外围可见骨样组织形成,而对照组钛金属组未发现纤维带形成。种植体周围骨组织的甲苯胺蓝染色,显示铁合金种植体周围的组织中出现了类骨质,呈现淡蓝色,而钛金属组未发现类骨质的形成。手术后2W,4W,8W的股骨骨组织进行免疫组织化学染色,可见铁合金和钛金属金属材料植入2W,4W,8W后,成骨细胞细胞核旁浆内出现了深棕色着色,表示股骨成骨细胞内BMP-2、ALP表达,但铁合金周围骨组织着色较钛金属周围骨组织着色更深。通过matlab图像分析系统分析免疫组化图片的积分光密度值。在该分析系统内,BMP-2、ALP表达越强,分析转换的积分光密度值越大。铁合金组内的成骨细胞BMP-2、ALP表达的积分光密度值更大,且差异有统计学意义（P<0.05）。植入铁合金前和植入铁合2、4和8周后,每一项检测指标值都在参考范围内,无明显异常值。研究结论:Fe-30Mn-0.6N合金在体内可促进成骨细胞ALP和BMP-2的表达,同时生物相容性好。Fe-30Mn-0.6N铁基合金有望成为一种新型的医用生物可降解材料。
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