TCP復合納米纖維膜的骨修復應用研究

摘要：目的 探討TCP復合納米纖維膜的骨修復作用，為臨床應用提供參考。方法 建立兔股骨缺損模型，制備聚乳酸（PLA）納米纖維材料和TCP-PLA復合納米纖維材料，并植入到骨缺損模型中，并在術后4w、12w行植入部位CT檢查，觀察骨缺損愈合情況。結果 隨著時間的延長，TCP-PLA復合納米纖維組新骨形成較多，差異顯著有統計學意義（P<0.05），而PLA復合納米纖維組新骨形成略有增多，差異不顯著無統計學意義（P>0.05）。結論 TCP-PLA復合納米纖維組可促進兔骨缺損修復，同時，新骨長入、組織形成，植入的復合材料降解、吸收、排出體外，顯示出良好的組織相容性。

關鍵詞：TCP；納米纖維；骨修復

當前骨組織工程的支架材料主要是可生物陶瓷材料以及可降解的聚合物等。三鈣磷酸鹽（TCP）是生物陶瓷材料的一種，經典的快速可吸收材料。近年來支架材料在骨再生及骨組織工程研究中受到高度關注。其主要原因是當骨缺損處填充支架材料后，由于在骨愈合早期往往會被周圍生長速度快于成骨細胞的結締組織細胞提前長入缺損處，而使得骨填充材料被包裹，從而延緩骨愈合時間，影響骨修復質量。

1材料制備

采用靜電紡絲法制備[2]成型PLA納米纖維支架以及TCP-PLA復合納米纖維支架。具體制作步驟如下：①取0.5gPLA-mPEG，溶入10 ml去離子水中，制成濃度為0.05 g/ml溶液，置于攪拌器攪拌均勻。②取0.1660 g氯化鈣，溶入60 ml去離子水中，后加入1 ml①中所配溶液記為A溶液。取0.3548 g Na2HPO4·12H2O，溶入50 ml去離子水中，后加入1ml①中所配溶液記為B溶液。③將A、B溶液置于磁力攪拌器攪拌促進固體充分溶解，取10 ml氨水加入B溶，后將A溶液通過蠕動泵以20 ml/min加入B溶液，配制溶液過程中B溶液一直在攪拌器上攪拌。④將AB混合溶液，均勻分裝入4支相同的離心管中離心，后水洗、無水酒精洗脫各2次，以丙酮保存。⑤重復上述實驗步驟，得到一定量的ACP，取0.3 g ACP從丙酮溶液中分離出，然后加入2.5 mlTHF和2.5 mlDMF，混合，然后加入PLA固體0.3 g，磁力攪拌器攪拌12 h，使其充分溶解均勻，得ACP-PLA靜電紡絲溶液。⑥備好靜電紡絲裝置。用10 ml無菌注射器抽取制好的ACP-PLA靜電紡絲溶液，使用內徑為0.2 mm的無菌不銹鋼針頭，裝入WZS-50F6 型雙道微量注射泵，以1 ml/h 的速度，高電壓裝置設為 15 kV，鋁箔紙上覆蓋無菌紗布，收集 ACP-PLA 復合納米纖維，并做好標記。⑦取0.3 g PLA，加入2.5 ml THF和2.5 ml DMF，混合置于攪拌器攪拌均勻，得到純PLA 靜電紡絲液。 后同步驟⑥制備純PLA靜電紡絲納米纖維材料，并做好標記。⑧將收集好的上述ACP-PLA復合納米纖維和純 PLA 靜電紡絲納米纖維材料，將成型支架用75%醫用酒精浸泡24 h，消毒，使用前生理鹽水沖洗，放入干燥機中干燥，一次性保鮮袋真空保存。

2實驗方法

2.1實驗動物 健康成年新西蘭大白兔8只，體重在2.8～3.2 kg，均為雌性。

2.2實驗分組 新西蘭大白兔8只，根據支架材料不同，分為PLA組和TCP-PLA組，每組4只大白兔。

2.3 手術方法 以3%戊巴比妥鈉30 mg/kg于大白兔耳源靜脈處行靜脈注射麻醉。取右側臥位固定于手術臺上，備皮股骨中下段及膝關節周圍區域并消毒。在兔左大腿外側做一切口，逐層分離顯露出股骨下端，在股骨外踝處電鉆鉆孔，制作深約8 mm的缺損，操作過程中以生理鹽水沖洗。將備好的支架材料植入骨缺損處，保持材料與骨皮質平面平整，縫合。術后應用3 d青霉素，觀察術后傷口及進食情況。

2.4新生骨檢測及骨量分析 在術后4w、12w行植入部位CT檢查，觀察骨缺損愈合情況。Micro-CT掃描分析新骨形成效果，計算新骨形成面積，掃描參數為分辨率27 μm，旋轉角度360°，電壓80 kv，電流80 μA。

2.5統計學分析 采用SPSS16.0統計學軟件進行分析，計量資料以均數±標準差表示，采用t檢驗，P<0.05為差異有統計學意義

3結果

所有實驗動物無1例死亡，全部存活，傷口愈合良好，未見感染癥狀。在術后4 w、12 w分別行CT影像學檢測，TCP-PLA復合納米纖維組大白兔術后12 w骨缺損信號影明顯較4 w增強，提示有骨組織形成；PLA復合納米纖維組大白兔術后12 w與4 w的影像學信號強度變化不明顯，僅可見部分增強影響，提示有少部分骨組織形成。定量分析，TCP-PLA復合納米纖維組在術后4 w、12 w的骨密度分別為（464.72±17.25） mg/cm2、（680.22±21.10）mg/cm2，而PLA納米纖維組為（325.02±12.40）mg/cm2、（340.22±13.44）mg/cm2，隨著時間的延長，TCP-PLA復合納米纖維組新骨形成較多，差異顯著有統計學意義（P<0.05），而PLA復合納米纖維組新骨形成略有增多，差異不顯著無統計學意義（P>0.05）。

4討論

骨組織工程研究中，支架材料的選擇是重要的內容之一，有單純支架材料亦有復合支架材料。TCP是近年發展較快的一種鈣磷陶瓷，具有一定的力學強度和生物可降解性。TCP支架具有交通率較高的微孔，其誘導成骨及血管長入的生物活性較強。還可以根據待修復的形狀預制成型，滿足骨修復的形態修復。而復合支架材料顧名思義是由兩種或更多種材料共同組成的，例如磷酸鈣-高分子聚合物組成的復合材料。復合材料同時具有多種材料的有點，可以達到骨組織形成力學及生理上的更多需求，進而提高了復合材料的力學特性和生物活性[1-3]。

靜電紡絲技術是利用高壓電場力使聚合物溶液克服表面張力形成射流，在接收屏上形成纖維的一種技術。靜電紡絲納米纖維支架是利用靜電紡絲技術制備的納米纖維支架，是目前組織工程材料研究中的熱點，受到眾多專業人士的關注。靜電紡絲納米纖維支架類似與天然細胞外基質，可仿生天然細胞外基質，可構架三維結構支架材料，具有高孔隙率、高比表面積以及孔隙間互為連通的優勢。靜電紡絲納米纖維支架用于組織修復，可以促進干細胞分化、骨細胞的浸潤生長和骨組織形成，進而達到修復骨缺損。

本文通過靜電紡絲制備TCP復合納米纖維并研究其骨修復作用，結果提示在相同時間內TCP-PLA復合納米纖維組骨組織形成明顯多于PLA復合納米纖維組，提示TCP-PLA納米纖維應用到骨缺損中，效果更佳，促進新骨形成，利于骨修復。

參考文獻：

[1]翟云敬.羥基磷灰石/納米纖維素復合材料的制備及表征[D].天津大學，2010.

[2]謝江徽.靜電紡絲法制備成型PLGA/β-TCP納米纖維支架及其生物學性能研究[D].第四軍醫大學，2012.

[3]劉海洋.PAN基碳納米纖維雜化復合材料及其生物特性研究[D].北京化工大學，2010.

編輯/丁一