復(fù)合PRP的三維打印鈦金屬多孔骨重建股骨頭壞死的研究

Bikash Ale,張彥博,李瑞延,秦彥國

(吉林大學(xué)第二醫(yī)院 關(guān)節(jié)外科，吉林 長春130041)

復(fù)合PRP的三維打印鈦金屬多孔骨重建股骨頭壞死的研究

Bikash Ale,張彥博,李瑞延,秦彥國*

(吉林大學(xué)第二醫(yī)院 關(guān)節(jié)外科，吉林 長春130041)

股骨頭壞死發(fā)病誘因多樣，飲酒、激素等均為重要致病因素，且發(fā)病率不斷增高[1]。眾多研究顯示股骨頭缺血性壞死后生長因子活性受到抑制及數(shù)量減少[2,3]。富血小板血漿通過釋放各種各樣的生長因子，可以調(diào)節(jié)和促進(jìn) BMSCs分化、增殖[4]。三維打印鈦金屬多孔骨修復(fù)材料具有良好的生物相容性。本研究采用家兔富血小板血漿(PRP)復(fù)合三維打印鈦金屬多孔骨植入家兔股骨頭壞死標(biāo)準(zhǔn)模型中，探討PRP復(fù)合于三維打印鈦金屬多孔骨中在股骨頭壞死修復(fù)骨骼重建中的作用。

1 材料與方法

1.1 家兔異體PRP的提取 取2只家兔麻醉，兔耳抽取5 ml自體血，進(jìn)行PRP提取:將新鮮血分兩次離心，第一次離心(離心半徑15 cm，2 000 r/min，10 min) ，吸管吸取全部上清液，移至另一離心管，平衡后再次離心(離心半徑15 cm，2 000 r/min，10 min)，吸取上清液棄掉，搖勻剩余液體，即為PRP，搖勻備用。

1.2 三維打印鈦金屬多孔骨的制備 采用電子束熔融技術(shù)制作具有三維孔隙結(jié)構(gòu)的鈦金屬多孔骨，孔隙大小為500 μm，植入物為長10 mm，直徑為6 mm的圓柱體。

1.3 PRP聯(lián)合三維打印鈦金屬多孔骨復(fù)合體的制備 將制備的PRP與三維打印鈦金屬多孔骨進(jìn)行復(fù)合浸潤，備用。

1.4 動物模型制作及分組治療 取40只家兔，于第 1、3周耳緣靜脈注射異種馬血清10 mL/kg，1次/d,連續(xù)3 d，第 5周腹腔注射醋酸潑尼松龍7．5 mg/kg，1次/d，連續(xù)3 d，期間注射青霉素200 U預(yù)防感染[5]。10周后選取其中骨壞死的家兔共計30只，隨機(jī)分為3組，分別為PRP聯(lián)合三維打印鈦金屬多孔骨治療組、單純?nèi)S打印鈦金屬多孔骨治療組及空白對照組，每組10只。3組家兔麻醉后，后側(cè)入路暴露后肢單側(cè)股骨頭壞死模型，對照組不做任何治療；單純?nèi)S打印鈦金屬多孔骨植入組在所鉆空內(nèi)植入； PRP聯(lián)合三維打印鈦金屬多孔骨組在所鉆孔內(nèi)植入復(fù)合植入體，常規(guī)關(guān)閉傷口。術(shù)后注射硫酸慶大霉素，預(yù)防感染。術(shù)后35 d，制備正常家兔股骨頭切片及 3 組家兔壞死股骨頭切片，經(jīng)蘇木精-伊紅染色后，光學(xué)顯微鏡(×200)下觀察骨細(xì)胞及小梁變化。

1.5 檢測指標(biāo) 大體觀察：實驗動物術(shù)后一般情況觀察。普通X射線成像觀察：各組實驗動物術(shù)后4，8，12周的股骨頭攝X射線片，觀察股骨頭外形變化情況。

組織學(xué)觀察：術(shù)后12周，空氣栓塞法處死動物，標(biāo)本經(jīng)處理后進(jìn)行蘇木精-伊紅染色。

2 結(jié)果

2.1 X射線觀察 對照組：12周時6只9側(cè)兔股骨頭出現(xiàn)了明顯塌陷征象，達(dá)到股骨頭壞死診斷IV期標(biāo)準(zhǔn)。三維打印鈦金屬多孔骨聯(lián)合PRP復(fù)合體植入組與單純?nèi)S打印鈦金屬多孔骨植入組對比顯示：在4周時X線檢查充填區(qū)界限尚清楚，但較單純植入組可見周圍更多骨小梁生長；而后在8周觀察時開始有典型骨小梁長入充填區(qū)，充填范圍優(yōu)于單純納米骨植入組(P<0.01)；達(dá)12周觀察時充填區(qū)已經(jīng)近似周圍組織，并且與周圍骨組織無明顯界限，整個充填區(qū)已分布有清晰骨小梁結(jié)構(gòu)，支撐效果明顯，無出現(xiàn)股骨頭塌陷現(xiàn)象。

2.2 組織學(xué)觀察結(jié)果 三維打印鈦金屬多孔骨聯(lián)合PRP植入組與單純?nèi)S打印鈦金屬多孔骨植入組對比顯示：術(shù)后4周，充填區(qū)周圍有增生性肉芽組織形成更加明顯，并且周邊可見有明顯的成骨反應(yīng)；8周時成骨反應(yīng)向移植物中心部推進(jìn)，骨小梁長入孔隙結(jié)構(gòu)中更加明顯；12周時板層骨和新生骨髓腔形成優(yōu)于單純納米骨植入組(P<0.01)。見圖1。

圖1 組織學(xué)觀察結(jié)果

3 討論

PRP富含血小板移植到骨壞死區(qū)域治療骨壞死，具有明顯優(yōu)勢，通過促進(jìn)血管形成[5]，進(jìn)而旁分泌多種細(xì)胞因子來達(dá)到促進(jìn)血管再生。從而通過重新建立血管形成的良性循環(huán)狀態(tài)，促進(jìn)了組織工程骨的快速再血管化[6]。 PRP富含血小板，可以分泌多種細(xì)胞因子[7]，促進(jìn)BMSCs分化、增殖，協(xié)同BMSCs的作用。實驗采用的支架材料為三維打印鈦金屬多孔骨，在微結(jié)構(gòu)方面都與天然骨有相似的空間結(jié)構(gòu)。組織學(xué)結(jié)果顯示，三維打印鈦金屬多孔骨在股骨頭局部因空間孔隙結(jié)構(gòu)的相似有誘導(dǎo)成骨活性的能力,PRP聯(lián)合三維打印鈦金屬多孔骨在成骨方面更強(qiáng)。術(shù)后4周早期的新骨形成結(jié)果及12周修復(fù)了股骨頭的骨缺損區(qū)的組織學(xué)影像學(xué)證據(jù)明確，為臨床股骨頭重建骨骼支撐材料的研究提供了重要的實驗基礎(chǔ)。

[1]Song HJ,Lan BS,Cheng B,et al.Peripheral blood stem cell transplantation for ischemic femoral head necrosis[J].Transplant Proc,2010,42(5):1862.

[2]Gao YS,Zhang CQ.Cytotherapy of osteonecrosis of the femoral head:a mini review[J].Int Orthop,2010,34(6):779.

[3]Liu Y,Porta A,Peng X,et al.Prevention of glucocorticoid-induced apoptosis in osteocytes and osteoblasts by calbindin-D28k.J Bone Miner Res.2004;19(3):479.

[4 ]嚴(yán)子才,徐 克,李 紅,等.骨髓基質(zhì)干細(xì)胞移植在兔激素性股骨頭壞死模型中成骨及成血管作用的評價[J].中國實驗診斷學(xué)，2010,14(5):660.

[5]Matsuya H,Kushida T,Asada T,et al.Regenerative effects of transplanting autologous mesenchymal stem cells on corticosteroidinduced osteonecrosis in rabbits[J].Mod Rheumatol,2008,18(2):132.

[6] Oswald J,Boxberger S,Jorgensen B,ET AL.Mesenchymal stem cells can be differentiated into endothelial cells in vitro.Stem Cells,2004,22:377.

[7]齊振熙,康靖東,李樹強(qiáng).活血化瘀中藥對激素性股骨頭缺血壞死模鼠 TGF-β1 表達(dá)的實驗研究[J].中國骨傷,2009,22(8):596.

吉林省科技發(fā)展計劃國際科技合作項目(20150414006GH)； 吉林省省級經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)戰(zhàn)略調(diào)整引導(dǎo)資金專項項目(2014G072)

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2016-07-24)

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