原位水化法制備羥基磷灰石殼聚糖復(fù)合支架材料

采用溶膠-凝膠法制備硅灰石-磷灰石(aw)納米前驅(qū)體粉,并結(jié)合有機(jī)泡沫浸漬工藝、物理包被殼聚糖(cs)法制備aw/cs復(fù)合支架材料。以掃描電鏡、抗壓強(qiáng)度測(cè)試儀對(duì)支架材料的顯微結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能進(jìn)行表征,把兔骨髓基質(zhì)干細(xì)胞(bmscs)與支架材料體外復(fù)合培養(yǎng)評(píng)價(jià)材料的細(xì)胞相容性,將細(xì)胞與支架材料一起構(gòu)建體外組織工程骨植入兔的骨缺損處,用組織學(xué)的方法評(píng)價(jià)支架材料的生物相容性和成骨能力。結(jié)果表明:復(fù)合支架材料具有大孔/微孔結(jié)構(gòu)、孔隙分布均勻和相互貫通的優(yōu)點(diǎn),大孔孔徑在100～500μm,孔隙率為80%～90%,復(fù)合支架材料適宜骨髓基質(zhì)干細(xì)胞(msc)黏附、增殖和分化,無(wú)細(xì)胞毒性。細(xì)胞復(fù)合材料的動(dòng)物體內(nèi)研究表明:mscs與aw/cs復(fù)合支架材料體外構(gòu)建的新型組織工程骨具有較高的成骨能力和良好的骨缺損修復(fù)能力。

羥基磷灰石(ha)是骨組織中無(wú)機(jī)物的主要成分。利用絲膠蛋白(ss)良好的生物相容性、生物降解性、細(xì)胞相容性,以及含有的羧基和羥基能與ca2+緊密結(jié)合的特點(diǎn),將氫氧化鈣和磷酸以濕法合成的羥基磷灰石按一定的比例加入到濃縮后的絲膠蛋白溶液中,經(jīng)冷凍干燥制備成絲膠蛋白/羥基磷灰石復(fù)合支架材料,期望用于骨替代和骨缺損修復(fù)。對(duì)絲膠蛋白/羥基磷灰石復(fù)合支架材料進(jìn)行掃描電鏡(sem)、x射線衍射(xrd)、紅外吸收光譜(ftir)、熱力學(xué)性能以及力學(xué)性能等檢測(cè),并探討不同原料配比對(duì)材料結(jié)構(gòu)與性能的影響。結(jié)果表明,絲膠蛋白/羥基磷灰石復(fù)合支架材料的孔隙分散均勻,孔隙率33.0%～62.5%;支架材料中的ha呈弱結(jié)晶態(tài),與人體骨組織中ha的晶體態(tài)相似,絲膠蛋白分子呈β折疊結(jié)構(gòu);隨著復(fù)合支架材料中ha的比例不斷增加,材料的熱分解溫度提高,熱學(xué)性能改善,當(dāng)ha的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到50%時(shí),彈性模量增大到15.64mpa,呈現(xiàn)較好的結(jié)構(gòu)性能。

隨著骨組織工程學(xué)研究的逐步深入,人工骨移植材料的研究得到全新的發(fā)展。骨組織工程應(yīng)用于骨缺損修復(fù)的價(jià)值己被人們接受,其中支架材料研究是骨組織工程的核心內(nèi)容和中心環(huán)節(jié)。羥基磷灰石(ha)是公認(rèn)的性能良好的人工骨材料,大量的生物相容性實(shí)驗(yàn)證明羥基磷灰石無(wú)毒、無(wú)刺激、不破壞生物組織,并能與骨形成牢固的化學(xué)結(jié)合具有很好的生物

研究利用造孔劑法制備高度貫通的多孔羥基磷灰石(ha)支架,孔隙率約為78%,并利用聚己內(nèi)酯(pcl)分別復(fù)合納米ha(nha)或微納米生物玻璃(nbg)粉末對(duì)其進(jìn)行涂覆改性,粉末的添加量均為10%~40%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。4種類(lèi)型支架分別記為ha、pcl/ha、nha-pcl/ha和nbg-pcl/ha。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn),nha-pcl/ha和nbg-pcl/ha復(fù)合支架最大抗壓強(qiáng)度分別為1.41~1.98mpa和1.35~1.78mpa。4類(lèi)支架礦化實(shí)驗(yàn)顯示,浸泡21d后nbg-pcl/ha表面促進(jìn)生成較多的磷灰石礦化物;細(xì)胞實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示細(xì)胞在4類(lèi)支架上均生長(zhǎng)良好,說(shuō)明支架具有良好的生物相容性。支架在實(shí)驗(yàn)犬背部肌肉組織內(nèi)植入2個(gè)月的組織學(xué)檢測(cè)顯示,4種支架內(nèi)均有新骨形成,尤其是nha-pcl/ha和nbg-pcl/ha孔內(nèi)有更多的新生骨組織,說(shuō)明這兩種支架表面復(fù)合涂層中的生物活性納米顆粒對(duì)誘導(dǎo)新骨生成具有積極的促進(jìn)作用。

近年來(lái),隨著組織工程的深入研究,骨組織工程受到學(xué)者越來(lái)越多的重視。目前,骨組織工程的研究重點(diǎn)集中在支架材料、種子細(xì)胞、骨構(gòu)建的相關(guān)生長(zhǎng)因子等三個(gè)方面。納米羥基磷灰石(nanohydroxyaptite,nhap)屬于陶瓷類(lèi)材料,有利于人體骨組織的修復(fù)、整合及改善植入組織的力學(xué)性能,因其優(yōu)良的生物性能而備受關(guān)注,nhap已作為骨

納米羥基磷灰石復(fù)合材料是一種新型骨組織替代或修復(fù)材料。介紹了羥基磷灰石的特性、合成方法，總結(jié)了改性研究及應(yīng)用，闡述了納米羥基磷灰石復(fù)合材料生物相容性。

以熔融法制備可加工生物玻璃陶瓷的基礎(chǔ)配方及分相機(jī)理為基礎(chǔ),采用溶膠-凝膠法分別制備了金云母和羥基磷灰石粉體,并由復(fù)合工藝制備了金云母/羥基磷灰復(fù)合材料。通過(guò)dta、xrd、sem等對(duì)粉體及材料進(jìn)行了分析,結(jié)果表明:采用溶膠-凝膠法可制備出以鈉金云母為主晶相的粉體,將該粉體與溶膠-凝膠法制備的羥基磷灰石粉體進(jìn)行混合可制備出可加工性生物活性材料。

在目前仿生制備骨缺損修復(fù)材料研究的基礎(chǔ)上,利用冷凍干燥技術(shù)結(jié)合原位復(fù)合方法在成分仿生的基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)仿生制備骨缺損修復(fù)材料。充分利用殼聚糖的溶解、沉析和羥基磷灰石形成特性,在室溫下實(shí)現(xiàn)了納米羥基磷灰石在多孔支架中的納米分散。研究結(jié)果表明,利用冷凍干燥原位構(gòu)筑的多孔支架材料擁有很好的相互貫穿多孔連通結(jié)構(gòu),孔徑分布為100～136μm,孔隙率達(dá)到96.1%。此外,原位形成的納米羥基磷灰石(95nm)對(duì)于多孔支架還起到了納米增強(qiáng)作用,支架表現(xiàn)出良好的力學(xué)性能,可以根據(jù)不同缺損形狀實(shí)現(xiàn)隨意賦行。體外生物活性測(cè)試表明,該支架材料具有很好的生物活性,是一種優(yōu)越的潛在骨缺損修復(fù)支架材料。

納米羥基磷灰石（nhap）是一種性能優(yōu)良的骨修復(fù)材料,但由于其脆性大、強(qiáng)度低而限制了它在承力部位的應(yīng)用。nhap與其他材料復(fù)合可以提高材料生物相容性和力學(xué)性能,具有更大的臨床應(yīng)用前景?，F(xiàn)就各種nhap復(fù)合支架的種類(lèi),以及nhap復(fù)合材料與骨形態(tài)發(fā)生蛋白、骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞復(fù)合來(lái)構(gòu)建組織工程化骨的研究現(xiàn)狀進(jìn)行簡(jiǎn)要綜述。

本文以氫氧化鈣懸浮液和磷酸為主要實(shí)驗(yàn)原料,在室溫25℃,ph值為11的條件下,用共滴定的方法合成羥基磷灰石。把羥基磷灰石粉與一定量的膠原蛋白溶液混合,經(jīng)過(guò)物理發(fā)泡、冷凍、微波干燥的過(guò)程,得到羥基磷灰石/膠原蛋白多孔支架材料。運(yùn)用xrd、sem分析儀器和阿基米德原理及杠桿原理,對(duì)樣品進(jìn)行了檢測(cè)。結(jié)果表明用物理發(fā)泡法制得的多孔支架材料的總氣孔率為79%～89%,抗壓強(qiáng)度為0.3～1.1mpa。

采用共滴定法制備了羥基磷灰石/膠原復(fù)合粉體,通過(guò)凝膠-冷凍干燥法制備了羥基磷灰石/膠原-魔芋葡甘聚糖多孔支架.分析了堿加入量對(duì)支架顯氣孔率、孔徑及強(qiáng)度的影響.xrd與tem結(jié)果顯示復(fù)合粉體中無(wú)機(jī)相為納米羥基磷灰石.所制備的支架顯氣孔率在80%以上,抗壓強(qiáng)度在0.45~1.31mpa,sem結(jié)果顯示孔徑分布在100~300μm.細(xì)胞相容性實(shí)驗(yàn)證明表明細(xì)胞在支架上生長(zhǎng)良好.

中國(guó)組織工程研究第20卷第16期2016–04–15出版 chinesejournaloftissueengineeringresearchapril15,2016vol.20,no.16 p.o.box10002,shenyang110180www.crter.org2412 ·研究原著· www.crter.org 莊穎，男，1979年生， 貴州省凱里人，侗族， 2011年解放軍第三軍醫(yī) 大學(xué)畢業(yè)，博士，主治醫(yī) 師，主要從事脊柱相關(guān)疾 病的基礎(chǔ)及臨床研究。 通訊作者：徐永清，教授， 博士生導(dǎo)師，解放軍成都 軍區(qū)昆明總醫(yī)院全軍骨 科中心/干細(xì)胞與組織器 官工程研究中心，云南省 昆明市650032 中圖分類(lèi)號(hào):r318 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:a 文章編號(hào):2095-4344 (2016)16-02412-06 稿件接受

低溫下,通過(guò)將水熱合成的納米羥基磷灰石漿料與中性膠原溶膠共混和在中性膠原中原位形成羥基磷灰石兩種方法制備羥基磷灰石/膠原復(fù)合材料,采用xrd、ftir、掃描電鏡、透射電鏡和力學(xué)性能測(cè)試等方法對(duì)兩種復(fù)合材料的特性進(jìn)行了表征。通過(guò)對(duì)兩種方法制備的復(fù)合材料的特性進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)兩種方法均制備得到了納米羥基磷灰石/膠原復(fù)合材料,復(fù)合材料在晶相組成、化學(xué)組成、納米羥基磷灰石晶體尺寸、膠原纖維的結(jié)構(gòu)等方面都與天然骨相似。但原位合成納米羥基磷灰石晶體的結(jié)晶度比水熱合成的納米羥基磷灰石更接近于自然骨,原位合成的羥基磷灰石/膠原復(fù)合材料的均勻性、界面結(jié)合緊密度、力學(xué)性能等方面均優(yōu)于共混法。原位合成法是改善納米羥基磷灰石/膠原復(fù)合材料均勻性和力學(xué)性能的有效方法。

以飽和ca(oh)2上清液、磷酸和膠原蛋白為原料,在36～39℃、ph=8～9條件下,用共滴定法制備納米羥基磷灰石/膠原蛋白復(fù)合支架材料。用xrd、sem、tem、ir對(duì)材料的晶相結(jié)構(gòu)、結(jié)晶程度、化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)、微觀形貌、晶粒大小進(jìn)行分析。結(jié)果表明:復(fù)合材料由低結(jié)晶度的納米羥基磷灰石(5nm×60nm～20nm×100nm)和膠原蛋白纖維組成,二者之間形成了緊密鍵合。

羥基磷灰石(hap)作為一種新型非貴金屬型催化劑,具有強(qiáng)的吸附性和離子替換性,通過(guò)有機(jī)改性,金屬、金屬氧化物摻雜和負(fù)載其它復(fù)合催化劑,可以賦予其優(yōu)異的催化活性和吸附性能而用于降解有機(jī)污染物和有害氣體。本文綜述了近年來(lái)改性羥基磷灰石在催化領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展,重點(diǎn)闡述了通過(guò)金屬離子置換、hap包覆、hap負(fù)載其它催化劑、有機(jī)改性hap所構(gòu)建的復(fù)合催化劑的性能及其在有毒氣體清除和污染物凈化處理中的應(yīng)用,總結(jié)了研究中存在的問(wèn)題和發(fā)展趨勢(shì)。

通過(guò)體外模擬天然骨生物礦化和材料自組裝的形成機(jī)制,研究制備了類(lèi)骨羥基磷灰石/膠原仿生復(fù)合材料并對(duì)材料進(jìn)行了表征。結(jié)果表明:納米羥基磷灰石均勻分布在膠原基質(zhì)上并擇優(yōu)取向排列,該復(fù)合材料的成分和微觀結(jié)構(gòu)與天然骨類(lèi)似。

以ca(oh)2和h3po4為反應(yīng)物,通過(guò)溶膠-凝膠法制備了羥基磷灰石(ha)粉體;用機(jī)械混合法制備了tih2包覆ha的粉體;用熱壓法制備了純ha陶瓷材料及ha/ti復(fù)合材料.xrd相分析結(jié)果表明:通過(guò)溶膠-凝膠法制備的ha粉體,經(jīng)過(guò)900℃煅燒2h后,粉體的主晶相為ha,有少量的cao;ha/tih2包覆粉末經(jīng)1050℃熱壓后,復(fù)合材料中的主要相是ha和ti,同時(shí)出現(xiàn)了ca2p2o7和ca3(po4)2相.1050℃熱壓的ha/25%ti(體積分?jǐn)?shù))復(fù)合材料的斷裂韌性為2.4mpa.m-1/2,抗彎強(qiáng)度為54mpa,均高于純ha材料.顯微組織的觀察表明金屬鈦在材料中呈網(wǎng)狀分布,網(wǎng)狀分布的金屬相能夠通過(guò)裂紋橋接機(jī)制阻止ha基體中的裂紋的擴(kuò)展.

目的探討雙層殼聚糖(chitosan,cs)/hap復(fù)合支架作為骨軟骨組織工程支架的可行性,并結(jié)合兔自體bmscs修復(fù)骨軟骨缺損。方法采用凍干法和燒結(jié)法制作雙層cs/hap復(fù)合支架,檢測(cè)其理化特性。取日本大耳白兔骨髓4～6ml,全骨髓培養(yǎng)法分離純化bmscs,并鑒定。調(diào)整第2代bmscs細(xì)胞密度為2×107個(gè)/ml,應(yīng)用纖維蛋白膠種植技術(shù),接種至雙層cs/hap復(fù)合支架,體外構(gòu)建細(xì)胞-支架復(fù)合物。取36只日本大耳白兔,于右側(cè)膝關(guān)節(jié)股骨下端外側(cè)髁負(fù)重區(qū),作一直徑4mm、深3mm的圓柱形缺損,制備兔膝關(guān)節(jié)骨軟骨缺損模型。根據(jù)缺損區(qū)植入物的不同,分為a、b、c3組(n=12)。a組:植入細(xì)胞-支架復(fù)合物;b組:植入雙層cs/hap復(fù)合支架;c組:不植入任何材料,作為空白對(duì)照組。術(shù)后6、12周取材,行大體及組織學(xué)觀察,采用改良wakitani法評(píng)分。結(jié)果雙層cs/hap支架cs層孔隙率為76.00%±5.01%,孔徑為200～400μm,平均300μm,孔洞相通;hap層孔隙率為72.00%±4.23%,孔徑為200～500μm,平均350μm,孔洞相通,結(jié)合部結(jié)合好。全骨髓法培養(yǎng)bmscs,第7天可見(jiàn)集落形成,14d傳代;免疫組織化學(xué)檢測(cè)示cd44(+)和cd45(—)。大體觀察和組織學(xué)檢測(cè)顯示,a組基本修復(fù)軟骨缺損,骨缺損修復(fù)不良,有骨小梁長(zhǎng)入;b、c組骨、軟骨缺損修復(fù)不良,組織學(xué)檢測(cè)以纖維組織或無(wú)新生組織形成,軟骨及骨缺損均明顯存在。術(shù)后6、12周,a組改良wakitani評(píng)分分別為(5.17±1.17)分和(3.20±0.75)分,均優(yōu)于b、c組,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p<0.05)。結(jié)論雙層cs/hap復(fù)合支架可作為骨軟骨組織工程支架,復(fù)合bmscs可修復(fù)兔關(guān)節(jié)軟骨與骨缺損,重建關(guān)節(jié)解剖結(jié)構(gòu)。

采用硝酸鈣-絲素蛋白溶液與磷酸鈉反應(yīng)仿生合成納米羥基磷灰石/絲素蛋白(n-ha/sf)復(fù)合材料,并以nahco3和nacl為致孔劑制備了多孔復(fù)合支架材料,采用tem、ir、sem和edx對(duì)其進(jìn)行了表征。結(jié)果表明,復(fù)合材料中ha的粒徑在20~50nm之間,是一種co32-部分替代型弱結(jié)晶類(lèi)骨針晶,在形貌和尺寸等方面類(lèi)似于人體骨磷灰石晶體;ha和sf兩相間存在強(qiáng)烈的鍵合作用,復(fù)合支架材料呈高度多孔結(jié)構(gòu),孔壁上富含微孔,孔隙間貫通性高。edx分析結(jié)果表明,ha在有機(jī)基體中分布均勻,鈣磷元素比為1.66,當(dāng)復(fù)合材料和致孔劑的比例為1∶0.5時(shí),其抗壓強(qiáng)度可達(dá)20.23mpa。

目的對(duì)殼聚糖-絲素-磷酸三鈣復(fù)合支架體外進(jìn)行細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn),為該材料在牙周組織工程中的應(yīng)用提供依據(jù)。方法制備殼聚糖-絲素-磷酸三鈣復(fù)合支架,并制備該支架材料的浸提液,通過(guò)四甲基偶氮唑鹽(mtt)法檢測(cè)25%、50%、100%濃度的殼聚糖-絲素-磷酸三鈣浸提液對(duì)小鼠皮膚成纖維細(xì)胞系l-929細(xì)胞的毒性作用,以第1、3、5天為檢測(cè)時(shí)間點(diǎn),觀察細(xì)胞生長(zhǎng)狀況,計(jì)算細(xì)胞相對(duì)增殖率,并對(duì)材料的細(xì)胞毒性進(jìn)行分級(jí)。以正常培養(yǎng)基為陰性對(duì)照組,含0.64%苯酚的培養(yǎng)液為陽(yáng)性對(duì)照組。結(jié)果l-929在不同濃度實(shí)驗(yàn)組及陰性對(duì)照組中生長(zhǎng)均好,細(xì)胞呈長(zhǎng)梭形等形態(tài),細(xì)胞形態(tài)飽滿(mǎn)有光澤,mtt法結(jié)果表明同一時(shí)間點(diǎn)各濃度實(shí)驗(yàn)組與陰性對(duì)照組間之間差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p>0.05),各時(shí)間點(diǎn)各濃度浸提液對(duì)l-929的相對(duì)增殖率均在75%以上,毒性分級(jí)為0級(jí)或1級(jí)。結(jié)論殼聚糖-絲素-磷酸三鈣復(fù)合支架符合生物材料細(xì)胞毒性試驗(yàn)的安全標(biāo)準(zhǔn),是一種有潛力的牙周組織工程支架。

為了探討絲素蛋白/羥基磷灰石(sf/ha)復(fù)合多孔支架材料的制備及其用于骨缺損的修復(fù),采用超聲波凝膠干燥法制備了sf/ha復(fù)合材料;以脫膠繭絲為增強(qiáng)材料,水溶性淀粉為制孔劑,通過(guò)去離子水萃取法除去淀粉,制備了sf/ha多孔復(fù)合材料。對(duì)其孔隙率及抗壓強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試,并將其植入兔股骨缺損處觀察修復(fù)的情況。sf/ha多孔復(fù)合材料的孔隙率接近75%,孔徑尺寸分布約從幾微米到400μm,并且孔隙之間相互貫通,其抗壓強(qiáng)度可達(dá)10mpa以上,植入兔股骨缺損處未見(jiàn)引起骨組織明顯的炎癥反應(yīng)及骨壞死,術(shù)后12周發(fā)現(xiàn)基本修復(fù)骨缺損部位,而空白對(duì)照組沒(méi)有骨生成。sf/ha多孔復(fù)合材料可以滿(mǎn)足骨組織工程支架的基本要求,用于骨缺損的修復(fù)。

目的:初步評(píng)價(jià)牙體修復(fù)性納米羥基磷灰石復(fù)合材料的生物相容性,為其臨床應(yīng)用的安全性提供實(shí)驗(yàn)室依據(jù)。方法:采用iso評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中的部分體內(nèi)試驗(yàn)方法,通過(guò)不同途徑進(jìn)行動(dòng)物急性毒性實(shí)驗(yàn)、熱原實(shí)驗(yàn)、過(guò)敏實(shí)驗(yàn)、口腔黏膜刺激實(shí)驗(yàn)、皮膚刺激實(shí)驗(yàn),根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)該材料的生物相容性。結(jié)果:該新型材料對(duì)生物機(jī)體無(wú)致熱性、無(wú)致敏性、無(wú)刺激性,無(wú)明顯急性毒性。結(jié)論:牙體修復(fù)性納米羥基磷灰石復(fù)合材料對(duì)機(jī)體組織無(wú)明顯毒害作用,具有良好的生物相容性。