聚氨酯_纳米羟基磷灰石_聚酰胺66一体化复合支架材料修.pdf
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1、中国组织工程研究与临床康复 第14卷 第16期 20100416 出版 Journal of Clinical Rehabilitative Tissue Engineering Research April 16,2010 Vol.14,No.16 ISSN 1673-8225 CN 21-1539/R CODEN:ZLKHAH 2883Department of Orthopaedics,First Hospital Affiliated to Chongqing Medical University,Chongqing 400016,China Peng Chao,Master,Depa
2、rtment of Orthopaedics,First Hospital Affiliated to Chongqing Medical University,Chongqing 400016,China buffon_77 Correspondence to:Jiang Dian-ming,Professor,Chief physician,Doctoral supervisor,Department of Orthopaedics,First Hospital Affiliated to Chongqing Medical University,Chongqing 400016,Chin
3、a jdm571026 Supported by:the National Nanometer Research Cooperation Program(973 Program),No.2007CB936102*Received:2010-02-23 Accepted:2010-03-20 聚氨酯/纳米羟基磷灰石+聚酰胺66一体化复合支架材料修复软骨及 软骨下骨缺损*彭 超,郭忠鹏,蒋电明,安 洪 Repairing articular cartilage and subchondral bone defects with polyurethane/nano-hydroxyapatite+po
4、lyamide66 composite Peng Chao,Guo Zhong-peng,Jiang Dian-ming,An Hong Abstract BACKGROUND:Cartilage stent materials were abundant.With the development of preparation technique,structure,and surface modification technique,performance of materials were improved remarkably;thus,Integrated-repairing defe
5、cts of articular cartilage and subchondral bone required high stability of cartilage replacement materials.OBJECTIVE:To evaluate the effect of polyurethane/nano-hydroxyapatite+polyamide66(PU/n-HA+PA66)biological composite material on repairing articular cartilage and subchondral bone.METHODS:Twenty
6、dog models were randomly divided into 4 groups:porous PU/n-HA+PA66 implant group,compact PU/n-HA+PA66 implant group,n-HA+PA66 implant group and blank control group.The macroscopic and histological evaluations were performed at 4,12,and 24 weeks postoperatively.The interfaces of biomaterial implants
7、with articular cartilage were observed by scanning electron microscope RESULTS AND CONCLUSION:After 12 and 24 weeks,bone tissue grew into lower layer materials.Porous PU was well fused with peripheral cartilage.At 24 weeks postoperatively,the porous PU was closely connected with surrounding articula
8、r cartilage than the compact PU,and the articular cartilage surrounding the compact PU degenerated obviously.PU/n-HA+PA66 had a similar structure with normal cartilage and subchondral bone and had remarkable effects on repairing defects of articular cartilage and subchondral bone.Peng C,Guo ZP,Jiang
9、 DM,An H.Repairing articular cartilage and subchondral bone defects with polyurethane/nano-hydroxyapatite+polyamide66 composite.Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu yu Linchuang Kangfu.2010;14(16):2883-2887.http:/ http:/ 摘要 背景:目前软骨支架材料种类繁多,随着制备工艺、结构及表面改性技术的提高,材料的性能更加完善,而一体化修复关节软骨及软骨下骨缺损对于软骨替代材料的稳定性十分重要。目
10、的:观察新型生物复合材料聚氨酯/纳米羟基磷灰石+聚酰胺 66 一体化修复关节软骨及软骨下骨缺损的效果。方法:将多孔聚氨酯/纳米羟基磷灰石+聚酰胺 66、致密聚氨酯/纳米羟基磷灰石+聚酰胺 66 及单纯纳米羟基磷灰石+聚酰胺66 材料植入狗膝关节,空白组作为对照,分别于 4,12,24 周,对动物行大体观察,局部行组织学切片观察,对支架材料植入后 24 周修复组织进行组织学评分,扫描电镜观察生物材料与周边软骨连接界面的情况。结果与结论:支架材料植入后 12,24 周,下层材料中可见有骨组织长入,多孔聚氨酯与周边软骨融合较好,周边软骨未见明显退变。植入后 24 周,扫描电镜见上层材料多孔聚氨酯与周
11、围正常软骨结合牢固,未见明显间隙,周围软骨未见明显退变;致密聚氨酯与周边正常软骨有较明显间隙,周边正常软骨退行性改变,变薄、卷曲。说明新型多孔聚氨酯/纳米羟基磷灰石+聚酰胺 66 支架材料在结构上更加接近正常软骨及软骨下骨,对软骨及软骨下骨缺损的修复效果更加显著。关键词:聚氨酯;纳米羟基磷灰石;聚酰胺 66;组织工程;关节软骨;软骨下骨;修复 doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2010.16.009 彭超,郭忠鹏,蒋电明,安洪.聚氨酯/纳米羟基磷灰石+聚酰胺 66 一体化复合支架材料修复软骨及软骨下骨缺损J.中国组织工程研究与临床康复,2010,14(16):2883-
12、2887.http:/www.crter.org http:/ 0 引言 关节软骨损伤往往伴有软骨下骨损伤的发生,随着社会老龄化的加剧,软骨及软骨下骨损伤的发病率也在增加,然而对这一损伤的各种治疗效果欠佳1。随着分子生物学等领域的发展,越来越多的学者将目光投向组织工程软骨修复软骨缺损,具有类似天然软骨组织的多孔性以及良好组织相容和高弹性的聚氨酯(polyurethane,PU)被认为是一种较理想的支架材料,目前已在组织工程的各个领域,如全人工心脏及人工心脏辅助装置、人工血管、人工皮肤、人工关节、人工软骨等,但与常规的支架材料一样,其与底层骨的连接是个较难解决的问题。而具有骨传导性的纳米羟基磷灰
13、石+聚酰胺66(nano-hydroxyapatite+polyamide66,n-HA+PA66)修复骨缺损已经得到公认2,后期可见正常骨组织可以长入其中,与其牢固结合3-5。本实验将PU与n-HA+PA66有机结合,2884 重 庆 医 科 大 学 附属 第 一 医 院 骨 科,重 庆 市 400016 彭 超 ,男,1984 年 生,四 川省 成 都 市 人,汉族,2010 年 重 庆医 科 大 学 毕 业,硕士,主 要 从 事 脊 柱损 伤 及 关 节 病 方面 研 究。buffon_77 通 讯 作 者:蒋 电明,教 授,主 任 医师,博 士 生 导 师,重 庆 医 科 大 学 附属
14、 第 一 医 院 骨 科,重 庆 市 400016 jdm571026 中图分类号:R318 文献标识码:B 文章编号:1673-8225(2010)16-02883-05 收 稿 日 期:2010-02-24 修 回 日 期:2010-03-20(20100223004/MH)形成双相复合材料,探讨新型生物复合材料PU/n-HA+PA66一体化修复关节软骨及软骨下骨缺损的效果。1 材料和方法 设计:随机对照动物实验。时间及地点:实验于2008-11/2009-07在重庆医科大学动物实验中心完成。材料:PU/n-HA+PA66生物复合材料,规格6 mm6 mm,圆柱体,由四川大学纳米反洗测试中
15、心提供,上层PU高度为1.5 mm,黄色,下层n-HA+PA66高度为4.5 mm。PU分为多孔网状结构和致密结构,孔径为100800 m,孔隙率超过78.0%,n-HA+PA66为多孔三维网状结构,孔径100400 m,孔隙率61.7%。两三岁龄成年犬20只,体质量15 kg左右,由重庆医科大学动物中心提供,实验过程中对动物的处置符合中华人民共和国科学技术部2006年颁布的关于善待实验动物的指导性意见标准。实验方法:实验分组:20只成年犬,雌雄不限,40个膝关节,80个股骨内外髁,随机分为4组,多孔 PU/n-HA+PA66组,致密 PU/n-HA+PA66组,单纯n-HA+PA66组,空白
16、对照组。手术方法:3%戊巴比妥行腹腔麻醉后,常规消毒,铺巾,狗取侧卧位,消毒膝关节周围15 cm,于膝关节外侧做切口,暴露股骨内外侧髁,在内外髁上打孔,直径6 mm,深约 6 mm,包括关节表面软骨及软骨下骨,制成关节软骨及软骨下骨缺损模型,按上述分组植入 多 孔 PU/n-HA+PA66、致 密 PU/n-HA+PA66、单纯n-HA+PA66,植入后给予材料一定加压以维持材料的早期稳定性,而空白对照组则不植入任何材料。逐层缝合伤口,所有术肢不予固定,任其自由活动。分别于术后第4,12,24周每组处死6只动物。主要观察指标:大体形态观察:术后观察动物饮食,活动等健康情况,伤口有无感染、肿胀、
17、裂开,膝关节关节活动度,死亡情况。分别于术后第4,12,24周每组处死6只动物,打开关节腔,观察关节腔有无粘连,局部反应,材料与周边软骨交界及材料稳定性情况。组织形态学观察:取出股骨内外髁标本,以植入材料为中心截取长度约为1 cm大小的标本,标本经40 g/L多聚甲醛固定后,常规脱水,树脂包埋,硬组织切片厚度为5 m,行苏木精-伊红、Masson及甲苯胺蓝染色,显微镜下观察材料周边组织变化。组织学评分:术后24周大体及组织学观察结果参照Wakitani等6制定的组织学评分标准进行评分。扫描电镜观察:扫描电镜观察生物材料上层与周边软骨连接界面的情况。设计、实施、评估者:实验设计为通讯作者,资料收
18、集、实施为第一、二作者,评估为第一作者,经过正规培训,采用盲法评估。统计学分析:所有实验结果计量资料以 x_s表示,采用SPSS 13.0软件进行统计分析,采用单因素多样本均数比较的方差分析。P 0.05为差异有显著性意义。2 结果 2.1 实 验 动 物 一 般 情 况 观 察 结 果 所有动物均未死亡,伤口愈合良好,无红肿、感染及分泌物,材料植入组膝关节活动均无受限。2.2 各 组 关 节 腔 内 大 体 观 察 见图1。Figure 1 General observation of the knee joint at 24 weeks after implantation 图 1 术后
19、24 周各组关节腔内大体观察 a:Nano-hydroxyapatite polyamide66 on the left and compact polyurethane/nano-hydroxyapatite polyamide66 on the right b:Porous polyurethane/nano-hydroxyapatite polyamide66 on the left and compact polyurethane/nano-hydroxyapatite poly-amide66 on the right c:Blank control group www.CRTER.
20、org 彭超,等.聚氨酯/纳米羟基磷灰石+聚酰胺66一体化复合支架材料修复软骨及软骨下骨缺损P.O.Box 1200,Shenyang 110004 2885多孔PU/n-HA+PA66组:术后4周时,材料周边与正常组织交接处间隙可见新生组织填充,材料固定牢固,未见脱出,植入材料与周围正常软骨面基本齐平,光滑;12,24周时植入材料多孔PU与周边正常组织间隙消失,植入材料固定牢固,无脱出及脱落,多孔PU未见明显磨损,同时可见部分材料周边正常软骨向材料表面爬行生长,部分材料被周边软骨爬行生长的类软骨组织(半透明白色)覆盖。关节活动良好,材料周边正常软骨未见明显退变。致密PU/n-HA+PA66组
21、:术后4周时植入材料与周围正常关节面基本齐平、光整,材料固定牢固,未见脱出,材料与周边正常组织见间隙有部分新生组织长入,间隙较明显;术后12、24周时植入材料与周边正常组织有较明显间隙,材料固定牢固,未见脱落,周边有少部分软骨退变,材料周边未见明显类软骨向材料表面爬行生长,致密PU未见明显磨损,关节活动良好。单纯n-HA+PA66组:术后4周时材料较关节面稍有塌陷,材料固定牢固,未见脱落,材料与周边正常组织间隙较明显,有部分新生组织长入;术后12,24周时材料较关节面有较明显塌陷,材料固定牢固,无脱落,材料与周边软骨间间隙明显,可见周边软骨部分退变(软骨颜色变白,变薄)。空白对照组:术后4周时
22、有纤维肉芽组织填充缺损,但较关节面明显塌陷;第12周时钻孔处形成亮白色纤维样软骨,与周边正常软骨界限明显,表面不平整,较周边关节面塌陷明显;24周时缺损处表面类软骨组织变硬,表面粗糙,较周边关节面塌陷明显,修复组织与周围正常软骨界限明显,可见周边关节软骨退变(软骨颜色变白,变薄),部分关节滑膜不同程度增生、水肿、肥厚,有2个关节粘连、僵硬。2.2 组 织 形 态 学 观 察 多孔PU/n-HA+PA66组:4周时,有新生纤维组织长入植入材料与周边正常组织间隙,材料与周边组织界限较明显,植入材料固定牢固,有纤维组织长入n-HA+PA66材料网孔中;12周时下层n-HA+PA66材料网孔中有大量纤
23、维组织长入,出现部分胶原成分,并已形成类骨质成分。上层多孔聚氨酯材料与周边软骨间隙消失,可见有类软骨组织由部分周边正常关节软骨向聚氨酯材料表面爬行生长,类软骨组织较周边正常关节软骨薄。24周时,下层材料n-HA+PA66网孔中可见有大量类骨组织长入,n-HA+PA66与周边正常骨组织结合紧密,融合为一体;上层多孔聚氨酯材料未见明显磨损,无塌陷,材料与周边正常软骨结合紧密,与周围关节面齐平,周边软骨排列规则整齐,未见明显退变,并有部分类软骨组织成分覆盖于多孔聚氨酯上,聚氨酯上的类软骨较周边正常软骨偏薄(图2,3)。致密PU/n-HA+PA66组:术后4周时,植入材料与周边正常组织间隙中有新生纤维
24、组织长入,同时,在下层材料n-HA+PA66网孔中可见有新生纤维组织,材料固定牢固,材料与周边正常组织间界限清楚,上层材料致密PUFigure 2 At 24 weeks after implantation,the porous upper layer materials of porous polyurethane were close-up col-lected with the ambient cartilage,and the thickness,cell appearance,arrangement,TB staining of matrix,and tidal line were
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