论文部分内容阅读
研究背景及目的:骨质疏松症会阻碍骨损伤患者的骨愈合。微量元素锌（Zn）已被证明可刺激人类和许多动物的骨骼形成。同时,锌在骨质疏松性骨折的发生发展中起重要作用。虽然锌的添加可以改善骨修复材料的成骨性能,但最佳的锌用量并不确定,并且随着锌载体材料类型的变化而变化。目前尚未报道使用磷钙锌石（CaZn2（PO4）2·2H2O ZCP）和聚合物组成复合材料作为骨植入物。研究选择了具有良好应用前景的聚乳酸（PLA）/纳米羟基磷灰石（nHA）复合材料,将不同质量的纳米ZCP（nZCP）混合到复合材料中,探究在PLA/nHA体系中对骨质疏松性骨缺损具有较好促成骨作用的nZCP的质量分数。研究方法:PLA/nHA、PLA/nHA/nZCP支架采用冷冻干燥技术构建。实验分为材料表征、体外细胞实验与体内动物实验三部分。设立了 PLA/nHA、PLA/nHA/0.1ZCP、PLA/nHA/0.3ZCP、PLA/nHA/0.5ZCP 四种含有不同 nZCP质量分数的实验组别。通过使用大鼠骨髓基质细胞（rBMSCs）作为细胞模型评估PLA/nHA/nZCP支架的成骨活性。采用双卵巢切除术（OVX）大鼠临界尺寸股骨髁缺损模型研究支架的骨再生能力。在表征部分,采用扫描电子显微镜（SEM）、能量色散X射线谱（EDS）、X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）确定支架组成,测定材料的抗压强度,以及钙、锌离子的释放浓度;在细胞实验中用CCK-8活性检测,死-活染色评价材料的生物相容性,用碱性磷酸酶（ALP）染色和活性分析、茜素红染色、实时定量PCR（qPCR）及Western Blot探究材料的促成骨性能;动物实验每组采用6只SD雌性大鼠制作OVX合并股骨髁骨缺损模型,在6周以及12周取材,进行μCT扫描以及组织学染色评价骨修复情况。研究结果:支架呈现三维多孔结构,其内部有直径为40 μm孔洞分布,nHA和nZCP均匀分布在支架中。离子释放实验表明三组含有nZCP的组别所释放的锌离子都在有效的促成骨浓度内。在细胞实验中,CCK-8和死-活染色实验结果表明,四组实验组都具有良好的生物相容性,含有不同质量nZCP的支架不同程度地增加了 ALP活性和细胞外基质矿化,并增加了 ALP、RUNX相关转录因子2（RUNX2）和骨钙素（OCN）基因的表达。与无锌支架相比,PLA/nHA/nZCP支架提供了更有利的微环境,促进了新骨的生长。在动物实验中6周数据表明nZCP的掺入提高了材料的骨整合度,12周的数据观察到PLA/nHA/0.3nZCP和PLA/nHA/0.5nZCP相较于剩余两组骨骨缺损内有较多的新骨生成。结论:nZCP的掺入在不影响nHA的晶格参数的前提下,提高了 PLA/nHA复合支架的成骨性能和骨整合能力,同时可以在支架中均匀分布。在掺入了nZCP 的 PLA/nHA 组别中,PLA/nHA/0.3ZCP 和 PLA/nHA/0.5ZCP 两组的成骨活性较好,此时的nZCP质量分数为4.5%-7.5%,即在PLA/nHA体系中,当nZCP质量分数为4.5%-7.5%时,具有较好的成骨性能。