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第一部分丝素蛋白/磷酸钙骨水泥的制备及其理化性能研究【目的】制备丝素蛋白/磷酸钙骨水泥（silk fibroin/calcium phosphate cement,SF/CPC）复合人工骨材料,观察丝素蛋白含量对复合材料抗压强度、凝固时间及注射性能的影响,找出含合适比例SF的SF/CPC,满足临床实验研究要求。【方法】将家蚕丝纤维脱胶,溶于CaCl2·CH3CH2OH·H2O（摩尔比1:2:8）三元溶液,透析后喷雾干燥,制得丝素蛋白粉末。通过液相沉淀法制备磷酸四钙,将其和无水磷酸氢钙等摩尔比混合,加入4 wt%羟基磷灰石晶种。设定6个组别,分别在磷酸钙固相粉末中加入0.5 wt%、1.0 wt%、1.5 wt%、2.0 wt%、2.5 wt%、3.0 wt%质量比例的丝素蛋白,按液固比0.4ml/g与固化液混合,制备6种SF/CPC。以单纯磷酸钙为实验对照组,测定6种复合材料的抗压强度、凝固时间及注射性能。扫描电镜观察材料断面形貌,X-射线衍射仪分析材料成分。【结果】随着SF量的增加,SF/CPC的抗压强度呈现上升的趋势,凝固时间逐步缩短,注射系数也随之下降。扫描电镜发现,SF呈网状,贯穿于CPC晶体间,并将CPC晶体紧密连接。X-射线衍射分析表明,24h后SF/CPC的水化反应基本结束,复合材料最终的成分为羟基磷灰石。【结论】固相中含2.5 wt%SF的SF/CPC拥有良好的抗压强度和凝固时间,并保留了良好的注射性能。SF的加入并不影响CPC的水化产物。因此我们选择这种材料进行后续的体外细胞相容性研究。第二部分丝素蛋白/磷酸钙骨水泥的生物相容性研究【目的】体外分离培养兔骨髓基质干细胞（bone marrow stromal cells,BMSCs）,扩增后与丝素蛋白/磷酸钙骨水泥（SF/CPC）进行体外复合培养,检测SF/CPC的细胞相容性。【方法】抽取新西兰白兔的骨髓5ml,通过密度梯度离心法获取BMSCs,体外贴壁培养、扩增、传代,倒置显微镜下观察原代及传代细胞形态、数量生长情况,描绘生长曲线。将第3代BMSCs,接种到预湿的CPC及SF/CPC材料上复合培养,以单纯BMSCs相同条件下培养作为对照。通过相差显微镜、扫描电镜等方法观察细胞在材料中的生长情况。以MTT法检测材料对细胞增殖活性的影响,以材料浸提液的细胞毒性试验评估材料是否有细胞毒性。【结果】BMSCs在培养皿中贴壁生长、增殖,形态良好,生长旺盛。扫描电镜及光镜观察发现,细胞材料复合后,BMSCs在CPC及SF/CPC上能够良好地粘附和增殖。MTT法测定OD值证实,BMSCs细胞活性不受材料影响,与对照组相比,差异无统计学意义（P＞0.05）。材料浸提液细胞毒性试验显示,细胞毒性分级均为0～Ⅰ级,两种材料浸提液对细胞生长基本无毒性作用。【结论】可以通过体外分离纯化兔BMSCs,扩增后细胞能保持较高的活性,适于作为材料相容性的检测细胞。CPC与SF/CPC对BMSCs的生长和活性无影响,具有良好的细胞相容性,具有体内植入的可行性。第三部分丝素蛋白/磷酸钙骨水泥强化绵羊骨缺损椎体的体外实验研究【目的】制备一种椎体骨缺损模型,评价骨水泥增强后的力学性能,并为体内植入修复椎体骨缺损打下基础。【方法】48个新鲜成年绵羊腰椎单椎体标本,随机分为8组,每组6椎,分别测定骨密度。取4组标本,利用直径分别为φ2.0mm,φ4.0mm,φ6.0mm,φ8.0mm的钻头垂直于椎体矢状面中点钻入椎体侧方,深度为10.0mm。对制备的骨缺损椎体模型进行生物力学测试,测量单椎体的抗压强度和刚度,并与第5组的正常椎体进行比较。根据以上生物力学测试结果,选择一固定直径,将剩下的6、7、8组制成骨缺损模型,然后三组分别注入CPC、SF/CPC及PMMA骨水泥,模拟体液环境固化24小时后进行生物力学测试,以第5组作为对照组进行比较。【结果】不同直径的椎体骨缺损模型中,随着缺损直径增大,其抗压强度与刚度呈逐渐下降趋势。φ6.0mm时差异有统计学意义。填充24小时后,SF/CPC组及PMMA组的抗压强度和刚度与正常椎体组相比没有区别（P＞0.05）,而CPC组的抗压强度及刚度均明显低于正常椎体组（P＜0.05）【结论】缺损直径为φ6mm,深度为10mm绵羊椎体骨缺损是一种合适的椎体骨缺损模型,可用来判断椎体强化剂的体外性能。SF/CPC能有效即时强化骨缺损椎体。由于该模型保持了椎体外形的完整,可以用于进一步的体内实验。第四部分丝素蛋白/磷酸钙骨水泥强化绵羊骨缺损椎体的体内实验研究【目的】探索SF/CPC作为可注射性支撑人工骨的可行性,期望为临床治疗椎体骨缺损提供新的强化剂。【方法】12只成年绵羊,侧方腹膜后入路,在L3、L4、L5椎体建立骨缺损模型,随机顺序植入CPC、SF/CPC、PMMA三种材料。于术后第1、6月分别处死6只绵羊,随机选择其中的2只,将其标本行不脱钙切片,苦味酸-品红染色后对材料-骨界面进行组织学观察,并对CPC、SF/CPC两组的新骨形成和水泥残留进行定量分析。另外4只以L6椎体作为对照组,进行生物力学检测,测量单椎体的抗压强度和刚度。【结果】组织学观察显示:1月时,CPC及SF/CPC组材料和骨形成直接结合,吸收成骨较为表浅;6月时,CPC组的吸收成骨仍仅限于材料表面,而SF/CPC组骨长入明显、材料吸收加快。PMMA和骨之间的结合疏松,部分界面之间存在膜性结构,材料表面无新骨形成,6月和1月相比变化不明显。组织学定量分析显示:6月时,SF/CPC组的新骨生成和水泥残留和CPC组相比差异有统计学差异（P＜0.05）。生物力学测试表明:6月时,CPC组和SF/CPC组椎体的抗压强度和刚度均较1月时有提升,而PMMA组则下降。SF/CPC、PMMA组椎体在两个时间点的抗压强度和刚度均和正常椎体无明显区别（P＞0.05）。【结论】SF/CPC具有良好的生物活性和骨传导性以及相对较快的降解-成骨速度,并在此过程中很好的维持了椎体的力学性能,有望取代PMMA成为一种新的活性椎体强化剂。