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目的:1、制备壳聚糖水凝胶作为重组人骨形态蛋白2(rhBMP-2)的缓释载体,研究其载药量、包封率及缓释速率,以期获得持续稳定释放的rhBMP-2细胞因子。2、将新型HA/ZrO2梯度生物复合材料人工椎体复合重组人骨形态蛋白2壳聚糖水凝胶,制备新型组织工程骨,后将新型人工椎体植入beagle犬脊柱,研究其对脊柱骨缺损的修复能力。方法:1、采用离子交联法制备空白壳聚糖水凝胶,用1.0mg/ml、1.5mg/ml、2.0mg/ml 浓度壳聚糖(Chitosan CS)分别与 0.5mg/ml、0.7mg/ml、1.0mg/ml 浓度三聚磷酸钠(Sodium Tripolyphosphate TPP)溶液按所含CS:IPP质量比5:1交联,用冷冻干燥仪冻干。扫描电镜观察各组冻干壳聚糖微观表面形态,比较各组溶胀系数,采用最低溶胀度组壳聚糖复合rhBMP-2,酶联免疫吸附法(ELISA)检测最低溶胀度组壳聚糖水凝胶负载rhBMP-2的载药量、包封率及缓释特性。2、将新型HA/ZrO2梯度生物复合材料人工椎体复合rhBMP-2壳聚糖水凝胶并植入动物脊柱骨缺损部位。选取雄性beagle犬12只,实验分组为A组:HA/Zr02梯度生物复合材料人工椎体复合rhBMP-2壳聚糖水凝胶组(n=4);B组:HA/ZrO2梯度生物复合材料人工椎体组(n=4);C组:自体髂骨组(n=4)。分别在术后4周、8周和12周行beagle犬活动度观察;术后6周、12周行X线影像学观察;术后12周处死动物取材,对标本行离体Micro CT扫描并检测材料内部新生骨量(Bone volume,BV),并行椎体极限抗压力学测试,综合评价新型HA/ZrO2梯度生物复合材料人工椎体复合rhBMP-2修复椎体骨缺损的能力。结果:1、1.5mg/ml浓度CS与0.5mg/mml浓度TPP交联所得水凝胶表现出最低溶胀度,溶胀度为238.28%±28.06%,该组溶胀度与其他各组比较,差异具有统计学意义(P<0.05)。其冻干壳聚糖扫描电镜下呈三维网状结构,内部均匀分布壳聚糖微球,将其负载rhBMP-2后壳聚糖水凝胶的包封率为91.88%±1.53%,载药量为 39.84ng/mg±2.34 ng/mg;释放率为第 1d 28.32%±3.01%,第 3d 48.92%±6.27%,第12d74.40%±6.29%。2、术后大体观察显示术后所有动物伤口均一期愈合,未见明显感染及脓性渗出。各组实验动物行椎体置换术后12周,平均每分钟跳跃次数除B组外均与术前无明显差别(P>0.05)。术后6周、12周X线影像学观察显示:A组椎体置换术后随时间推移,骨痂生成逐渐增多,人工椎体与自体骨间的间隙逐渐被新生骨填充,植入材料与宿主骨之间的界线逐渐模糊,至12周时人工椎体周围新生骨与自体骨紧密连接在一起,人工椎体与自体骨之间的界线消失;C组在12周时出现明显非承重部位自体骨的骨溶解和吸收,出现较快的自体骨塑形,承重部位骨密度较术后6周时有所增加,到12周时移植骨与自体骨完全融合,无明显界限;B组椎体置换术后人工椎体与自体骨的融合速度稍慢于A组和C组。术后12周取材,对A组和B组标本行Micro CT三维CT重建可见人工椎体内部大量新生骨形成。12周标本Micro CT新生骨量检测结果:A组 145.38 mm3±18.52 mm3,B组86.30mm3±15.59mm3,两者比较具有明显统计学差异(P<0.05)。极限抗压试验显示术后12周三组手术节段椎体的抗压强度为 A 组:14.03 MPa±1.66 MPa;B 组 8.62 MPa±1.24 MPa;C组13.78 MPa±1.43 MPa。A组和C组椎体极限抗压强度高于B组(P<0.05)。结论:复合重组人骨形态蛋白2壳聚糖水凝胶的新型HA/ZrO2梯度生物复合材料人工椎体,能很好的修复椎体骨缺损,可达到与自体骨相似的骨代替作用,是一种理想的骨组织替换材料。