仿生增强型纳米羟基磷灰石-聚乳酸复合支架现状

纳米羟基磷灰石（nhap）是一种性能优良的骨修复材料,但由于其脆性大、强度低而限制了它在承力部位的应用。nhap与其他材料复合可以提高材料生物相容性和力学性能,具有更大的临床应用前景。现就各种nhap复合支架的种类,以及nhap复合材料与骨形态发生蛋白、骨髓间充质干细胞复合来构建组织工程化骨的研究现状进行简要综述。

近年来,随着组织工程的深入研究,骨组织工程受到学者越来越多的重视。目前,骨组织工程的研究重点集中在支架材料、种子细胞、骨构建的相关生长因子等三个方面。纳米羟基磷灰石(nanohydroxyaptite,nhap)属于陶瓷类材料,有利于人体骨组织的修复、整合及改善植入组织的力学性能,因其优良的生物性能而备受关注,nhap已作为骨

随着骨组织工程学研究的逐步深入,人工骨移植材料的研究得到全新的发展。骨组织工程应用于骨缺损修复的价值己被人们接受,其中支架材料研究是骨组织工程的核心内容和中心环节。羟基磷灰石(ha)是公认的性能良好的人工骨材料,大量的生物相容性实验证明羟基磷灰石无毒、无刺激、不破坏生物组织,并能与骨形成牢固的化学结合具有很好的生物

探讨n-ha/ldi-g/nvcm复合体的制备方法以及其物理特性。对载有0%、1%、2%、5%和10%nvcm的复合体材料分别测定其抗压强度和断裂强度,再通过x射线衍射和扫描电镜分析其固化产物和表面结构的变化。结果表明不同载药组抗压强度和断裂强度会有所不同。nvcm的载入不影响n-ha/ldi-g的固化,不会反应产生新的产物;nvcm的含量在复合体中一定的比例范围内,并不会对复合体的抗压强度和断裂强度造成影响,而超过一定范围后,则会降低其抗压强度和断裂强度。

寻找理想的骨修复材料一直是骨科材料领域研究热点。自然骨是由纳米羟基磷灰石和胶原构成的纳米复合材料。源于仿天然硬组织构想的纳米磷灰石-有机高分子复合材料是把高韧性的高分子基质与高刚性的纳米无机磷灰石晶体巧妙结合,使其最大程度地实现两种成分的优势互补和协同优化,赋予仿生纳米复合材料高强韧的力学性能。与组成同样重要的是结构因素,这种材料包括不同尺寸的架构组织和可控取向。纳米羟基磷灰石/高分子复合材料已成为骨组织修复材料领域的研究热点和发展方向。本文综述了近些年用于人体骨组织修复材料的纳米羟基磷灰石/天然(或非天然)高分子材料的制备技术、性能等方面研究进展及现状,并对其发展提出了展望。

目的:初步评价牙体修复性纳米羟基磷灰石复合材料的生物相容性,为其临床应用的安全性提供实验室依据。方法:采用iso评价标准中的部分体内试验方法,通过不同途径进行动物急性毒性实验、热原实验、过敏实验、口腔黏膜刺激实验、皮肤刺激实验,根据相关标准评价该材料的生物相容性。结果:该新型材料对生物机体无致热性、无致敏性、无刺激性,无明显急性毒性。结论:牙体修复性纳米羟基磷灰石复合材料对机体组织无明显毒害作用,具有良好的生物相容性。

目的比较复合不同剂量血管内皮生长因子(vegf)的纳米羟基磷灰石/胶原蛋白复合骨(nhac)修复骨缺损的效果。方法将纳米羟基磷灰石粉末和胶原蛋白粉末按8∶2的比例混合制备nhac人工骨,再将混合粉末与含10ng、100ng、300ngvegf的蒸馏水按1∶1.8的质量比调和制备nhac/vegf人工骨。建立大鼠双侧桡骨0.5cm缺损动物模型30只,按随机原则分为5组。以nhac/10ngvegf、nhac/100ngvegf、nhac/300ngvegf人工骨植入骨缺损处进行修复作为实验组,以nhac人工骨植入组及空白组作为对照组。术后2、4、8周各组行组织学及免疫组织化学检查,观察材料早期血管化及成骨情况。结果各时间点组织学评分以及血管计数均为nhac/300ngvegf人工骨组最高,于其他各组比较差异有统计学意义。各实验组血管数量在4周时达到高峰,而nhac组血管数量在8周时最多。结论血管内皮生长因子能明显促进nhac早期血管化及新骨形成,比单纯应用nhac能更好的修复骨缺损,并且随着vegf剂量的增加,新生血管数量和新骨形成量均相应增加。

低温下,通过将水热合成的纳米羟基磷灰石浆料与中性胶原溶胶共混和在中性胶原中原位形成羟基磷灰石两种方法制备羟基磷灰石/胶原复合材料,采用xrd、ftir、扫描电镜、透射电镜和力学性能测试等方法对两种复合材料的特性进行了表征。通过对两种方法制备的复合材料的特性进行比较,发现两种方法均制备得到了纳米羟基磷灰石/胶原复合材料,复合材料在晶相组成、化学组成、纳米羟基磷灰石晶体尺寸、胶原纤维的结构等方面都与天然骨相似。但原位合成纳米羟基磷灰石晶体的结晶度比水热合成的纳米羟基磷灰石更接近于自然骨,原位合成的羟基磷灰石/胶原复合材料的均匀性、界面结合紧密度、力学性能等方面均优于共混法。原位合成法是改善纳米羟基磷灰石/胶原复合材料均匀性和力学性能的有效方法。

由纳米羟基磷灰石(ha)与丝素蛋白(sf)复合而成的新型生物复合材料,具有优良的生物相容性,已被研究用作骨移植及填充材料,但其由丝素蛋白分子内交联导致的较差的力学性能,限制了该复合材料的应用。本研究中,采用一种名为聚乙二醇二缩水甘油醚(pgde)的交联剂对复合材料中的丝素蛋白进行改性。该改性的复合材料经过一系列的检测,结果显示交联剂pgde可以提高丝素蛋白的结晶性,复合材料ha/sf的抗压强度提高了100%,且该交联剂并没有影响复合材料的生物相容性。

以含ca2+和po34-的溶液为无机相,壳聚糖(chitosan,cs)溶液为高分子相,采用原位水化法制备羟基磷灰石(hydroxyapatite,hap)/cs复合多孔支架材料。xrd和ir的表征和分析表明水化24h后,复合支架中的钙磷盐从磷酸氢钙(dicalciumphosphatedehydrate,dcpd)转化为hap。sem和eds显示15μm左右的棒状hap颗粒均匀地分散在多孔支架的孔壁上,压缩强度的测试结果表明这种结构显著提高复合支架的力学性能。

以饱和ca(oh)2上清液、磷酸和胶原蛋白为原料,在36～39℃、ph=8～9条件下,用共滴定法制备纳米羟基磷灰石/胶原蛋白复合支架材料。用xrd、sem、tem、ir对材料的晶相结构、结晶程度、化学键结构、微观形貌、晶粒大小进行分析。结果表明:复合材料由低结晶度的纳米羟基磷灰石(5nm×60nm～20nm×100nm)和胶原蛋白纤维组成,二者之间形成了紧密键合。

应用共混法制备了纳米羟基磷灰石/丝素蛋白复合支架材料,通过体外降解和细胞培养实验研究了复合支架材料的降解特性和生物相容性.体外降解实验结果显示,复合支架材料具有稳定的降解能力;在降解过程中,羟基磷灰石由于与降解液发生钙、磷等离子的交换,使其结晶得到了进一步生长和完善.利用细胞计数法、四甲基偶氮唑盐(mtt)比色法和碱性磷酸酶(alp)活性测定等分析了复合支架材料的生物相容性,结果表明,mg63细胞在复合支架材料上具有良好的粘附、增殖能力,并可引起早期的骨分化.因此,纳米羟基磷灰石/丝素蛋白复合支架作为骨组织工程的支架材料具有良好的应用前景。

目的:探讨纳米羟基磷灰石复合重组人骨形成蛋白-2人工骨(nano-ha/rhbmp-2)的骨缺损修复能力,为临床骨缺损修复提供依据。方法:采用新西兰大白兔75只,单侧桡骨制备骨缺损动物模型,以nano-ha/rhbmp-2复合人工骨植入骨缺损处进行修复作为实验组(a组),以nano-ha人工骨(b组)及空白组(c组)作为对照组;术后4周、8周、12周分别行大体标本观察、x线、扫描电镜(sem)、放射性核素骨扫描(ect)及生物力学测试,综合评价nano-ha/rhbmp-2复合人工骨对骨缺损的修复能力及对机体的影响。结果:nano-ha/rhbmp-2复合人工骨、nano-ha人工骨均可促进新骨形成,前者新骨形成量大,骨缺损修复能力明显优于后者,差异有统计学意义(p<0.05)。结论:nano-ha/rhbmp-2复合人工骨具有良好的骨缺损修复能力,可望成为一种理想的骨缺损修复材料。

利用低温水溶液均相沉积法制备了磷酸钙盐微纤维;应用原位沉析法制备了壳聚糖(cs)三维棒材及羟基磷灰石(ha*)/cs复合棒材。xrd证实应用原位沉析法制备ha*/cs复合棒材过程中,磷酸钙盐转化为羟基磷灰石结构,尺寸为10~60μm,并用sem对晶体形貌进行了表征,分析了转化机制。ha*/cs复合材料的微观形貌表明,ha*晶体在cs凝胶棒原位沉析的过程中析出而与cs基体形成镶嵌、相互咬合结构,且在基体中分散均匀,有效地提高了ha*与cs基体的界面连接作用,使力学性能显著提高。所制备的ha*/cs棒材随ha*含量的增大(在其饱和溶解度3.3wt%范围内),复合材料的弯曲性能逐渐提高,当羟基磷灰石质量分数为3.3%时,复合材料的弯曲强度达到159.6mpa,弯曲模量达到5.1gpa,比cs基体分别提高85.6%和54.5%。ha*/cs复合棒材的弯曲强度和弯曲模量远高于松质骨,弯曲强度也比密质骨高。

采用硝酸钙-丝素蛋白溶液与磷酸钠反应仿生合成纳米羟基磷灰石/丝素蛋白(n-ha/sf)复合材料,并以nahco3和nacl为致孔剂制备了多孔复合支架材料,采用tem、ir、sem和edx对其进行了表征。结果表明,复合材料中ha的粒径在20~50nm之间,是一种co32-部分替代型弱结晶类骨针晶,在形貌和尺寸等方面类似于人体骨磷灰石晶体;ha和sf两相间存在强烈的键合作用,复合支架材料呈高度多孔结构,孔壁上富含微孔,孔隙间贯通性高。edx分析结果表明,ha在有机基体中分布均匀,钙磷元素比为1.66,当复合材料和致孔剂的比例为1∶0.5时,其抗压强度可达20.23mpa。

羟基磷灰石(ha)是骨组织中无机物的主要成分。利用丝胶蛋白(ss)良好的生物相容性、生物降解性、细胞相容性,以及含有的羧基和羟基能与ca2+紧密结合的特点,将氢氧化钙和磷酸以湿法合成的羟基磷灰石按一定的比例加入到浓缩后的丝胶蛋白溶液中,经冷冻干燥制备成丝胶蛋白/羟基磷灰石复合支架材料,期望用于骨替代和骨缺损修复。对丝胶蛋白/羟基磷灰石复合支架材料进行扫描电镜(sem)、x射线衍射(xrd)、红外吸收光谱(ftir)、热力学性能以及力学性能等检测,并探讨不同原料配比对材料结构与性能的影响。结果表明,丝胶蛋白/羟基磷灰石复合支架材料的孔隙分散均匀,孔隙率33.0%～62.5%;支架材料中的ha呈弱结晶态,与人体骨组织中ha的晶体态相似,丝胶蛋白分子呈β折叠结构;随着复合支架材料中ha的比例不断增加,材料的热分解温度提高,热学性能改善,当ha的质量分数达到50%时,弹性模量增大到15.64mpa,呈现较好的结构性能。

用差示扫描量热仪(dsc)研究了不同比例的纳米羟基磷灰石(nanohydroxyapatite,nha)/聚酰胺66(polyamide66,pa66)仿生复合材料的非等温结晶行为。结果表明:(1)纳米羟基磷灰石的加入,起到了异相成核剂的作用,提高了pa66的结晶速率,且结晶速率随纳米羟基磷灰石的含量的增加而增加,纯pa66的结晶度则随着纳米羟基磷灰石的增加而降低。(2)pa66和复合材料的结晶峰都随降温速率的增加从高温向低温方向移动,且结晶峰变宽。(3)以mo法进行非等温结晶数据处理,得到的f(t)随结晶度的增加而增加,a值却几乎不随结晶度变化,表明降温速率越快,单位结晶时间达到的结晶度越高,但各降温速率下的结晶方式基本相同。

通过静电纺丝法制备出纳米羟基磷灰石/丝素蛋白/聚己内酯复合超细纤维,利用扫描电镜、红外光谱仪、x射线衍射仪对纳米羟基磷灰石/丝素蛋白/聚己内酯复合超细纤维形貌和结构进行表征,并进行了拉伸测试。结果表明,随着超细纤维中羟基磷灰石含量的增加,纤维的直径逐渐降低,纤维中聚己内酯的结晶逐渐变差。相比于丝素蛋白/聚己内酯超细纤维,含有质量比为30%羟基磷灰石的复合超细纤维仍具有较好的力学性能。体外小鼠成纤维细胞(l929)培养表明,纳米羟基磷灰石/丝素蛋白/聚己内酯复合超细纤维对细胞没有毒性。

目的:观察不同时间点聚乳酸(opla)/基质胶(matrigelmatrix,mm)在裸鼠体内的促血管生成情况,评价其促血管生成的效果。方法:以opla复合支架为载体,分为处理组和对照组。处理组:opla+mm;对照组:opla。选取3只雄性裸鼠,2种支架分别植入每只裸鼠的前肢与背部交接处,1、2、4周取材,进行he染色和免疫组织化学染色,观察opla/mm促血管生成的效果,计算微血管密度(mvd),采用独立样本t检验法进行定量分析,比较其mvd的差异。结果:1~4周内随着时间的延长,支架与周围组织融合良好,移植物周围的血管逐渐增多,并有肉眼可见的血管长入;每个时间点opla+mm的mvd值较高;同时,opla支架随时间延长逐渐降解,支架内部被新生组织分割成小区域,并伴随有血管长入。结论:在裸鼠体内,opla+mm具有良好的促血管生成作用。

研究羟基磷灰石/高密度聚乙烯(ha/hdpe)纳米复合人工听小骨的生物相容性。以目前临床应用的钛合金植入材料为对照,将ha/hdpe纳米复合材料浸提液与l929细胞混合培养后,用流式细胞仪测定其s期的细胞百分比;将两种材料分别植入动物体内,通过组织病理学方法评价其生物相容性。统计学分析两组数据无明显差异,结果表明,ha/hdpe纳米复合人工听小骨具有良好的生物相容性及临床应用前景。

为了探讨丝素蛋白/羟基磷灰石(sf/ha)复合多孔支架材料的制备及其用于骨缺损的修复,采用超声波凝胶干燥法制备了sf/ha复合材料;以脱胶茧丝为增强材料,水溶性淀粉为制孔剂,通过去离子水萃取法除去淀粉,制备了sf/ha多孔复合材料。对其孔隙率及抗压强度进行测试,并将其植入兔股骨缺损处观察修复的情况。sf/ha多孔复合材料的孔隙率接近75%,孔径尺寸分布约从几微米到400μm,并且孔隙之间相互贯通,其抗压强度可达10mpa以上,植入兔股骨缺损处未见引起骨组织明显的炎症反应及骨坏死,术后12周发现基本修复骨缺损部位,而空白对照组没有骨生成。sf/ha多孔复合材料可以满足骨组织工程支架的基本要求,用于骨缺损的修复。

采用共滴定法制备了羟基磷灰石/胶原复合粉体,通过凝胶-冷冻干燥法制备了羟基磷灰石/胶原-魔芋葡甘聚糖多孔支架.分析了碱加入量对支架显气孔率、孔径及强度的影响.xrd与tem结果显示复合粉体中无机相为纳米羟基磷灰石.所制备的支架显气孔率在80%以上,抗压强度在0.45~1.31mpa,sem结果显示孔径分布在100~300μm.细胞相容性实验证明表明细胞在支架上生长良好.