聚醚醚酮及其复合物在口腔颌面部骨缺损修复方面的实验研究

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口腔颌面部骨组织是支撑面部结构的基础,而外伤、肿瘤、先天畸形等是导致颌面部骨缺损的主要原因。如何较好地恢复患者面型及功能是口腔颌面外科手术中亟待解决的重要问题。近年来,随着手术技术的发展及生物材料的广泛应用,口腔颌面部骨缺损的修复治疗方法也得到发展。自体骨移植的优势是无免疫原性,骨整合效果好,是治疗修复骨缺损的“金标准”,但存在供体不足的问题,而且需要开辟第二术区,造成新的创伤。对于骨替代材料而言,钛及其合金具有较适合的力学属性以及良好的生物相容性,能够与骨组织形成较为稳固的整合,利用钛及其合金修复颌面部骨缺损在临床上也取得了较好的效果。然而,钛及其合金的弹性模量较人体骨组织高,导致载荷不能由植入物很好地传递并分散到相邻骨组织,从而出现“应力屏蔽”现象,使植入物周围出现骨吸收,引起宿主骨组织的松动或断裂,最终导致移植手术失败。因而寻找一种具有较低弹性模量的新型骨替代材料就成为当前的研究热点。聚醚醚酮(PEEK)是一种半结晶的合成聚合物,与传统骨替代材料相比,PEEK具有良好的生物相容性、化学稳定性以及更加适合的力学属性,但是PEEK的生物惰性使其在临床应用中受到限制。目前针对这一问题,各种改性方法得到广泛研究以有效增加PEEK的生物活性。综上所述,通过热致相分离的方法制备出具有多孔结构且各孔隙连通的PEEK基质,然后分别通过水热合成反应在孔隙内部原位制备出纳米羟基磷灰石(n HA)以及以PLGA-PEG-PLGA温敏水凝胶作为药物载体将抗菌药物负载到多孔PEEK材料内部,研究所制备的复合材料在成骨及抗菌方面的性能改善,揭示不同改性方法对PEEK作为骨替代生物材料的影响。本研究具体内容分三部分实验展开:实验1:多孔PEEK的合成使用热致相分离方法结合致孔剂添加技术制备出具有高孔隙度且孔隙互连的多孔PEEK材料。力学性能测试和孔隙度测定表明,多孔材料的机械强度会随着孔隙率的升高而降低。场发射扫描电子显微镜观察到多孔材料表面及内部具有不同级别的孔径,即在大孔孔壁上还会出现更小一级的孔,并且多孔可以连通。水接触角测试结果证实制备的多孔PEEK材料可以有效改善纯PEEK的亲水性。实验2:原位n HA/PEEK多孔复合材料的制备及体内外成骨性能探究在制备的多孔PEEK材料基础上,通过水热合成方法进行孔隙内部原位n HA沉积处理,以增强多孔材料的成骨及骨整合活性。X线衍射图谱及场发射扫描电镜证实了n HA的成核反应以及纳米结构。水接触角测定显示载n HA多孔PEEK材料的水润湿性较多孔PEEK组得到了进一步的改善。使用小鼠前成骨干细胞(MC3T3-E1)作为检测细胞系,研究各组材料的体外促成骨性能。细胞活力及细胞增殖测试显示,各组材料均具有良好的细胞相容性。细胞粘附分析结果证实,多孔PEEK材料以及载n HA多孔PEEK材料均对细胞的粘附行为起到一定促进作用。体外分化实验结果表明,多孔材料以及载n HA多孔材料均可以不同程度的促进细胞的成骨分化,但n HA组的促进效果更加显著。建立大鼠胫骨圆柱形骨缺损实验模型,结果说明多孔PEEK以及n HA复合多孔PEEK均能够提高材料在体内的骨整合性能,但n HA组的骨整合效果更加优越。实验3:PLGA-PEG-PLGA温敏水凝胶/米诺环素/PEEK多孔复合材料的制备及体内外抗菌性能研究前几章节实验结果显示多孔结构可以有效改善PEEK的成骨性能,为防止移植术后的感染情况发生,制备开发一种具有显著抗菌性能的成骨复合材料是十分必要的。通过开环聚合技术制备PLGA-PEG-PLGA温敏水凝胶作为药物载体,然后选择一种高效抗菌药物(米诺环素)并将其负载到多孔材料内部,制备载米诺环素的多孔PEEK抗菌复合材料。凝胶的降解和药物释放结果显示,复合材料的药物释放可以长达约20天以上。水接触角测试结果显示多孔材料负载凝胶后可以有效改善材料的水润湿性能。体外细胞显示制备的复合材料具有良好的细胞相容性和促细胞粘附的性能。体外抗菌(金黄色葡萄球菌和大肠杆菌)实验结果显示,载米诺环素复合材料具有显著的抗菌效果,可以持续抑制细菌的增殖。体内试验采用大鼠皮下抗菌实验模型,将各组材料分别移植到大鼠背部皮下,一段时间后取出,对材料表面细菌含量分析以及对材料周围组织炎症进行观察,结果显示,在宿主体内的复合材料仍具有良好的抗菌抗炎性能。通过本研究,希望制备的复合材料能够为骨组织再生以及骨替代生物材料等领域提供新方法和新思路。
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