中空羥基磷灰石/rhBMP-2人工骨治療骨缺損對血清堿性磷酸酶的影響

董章慶 涂建龍 熊龍 許振波 周銓昆 蔡敏 吳唯

骨缺損的治療是臨床醫師研究的熱點, 比如如何縮短骨缺損的愈合時間、減少骨不連的發生等。本課題組前期成功制備了表面多孔、內部中空的羥基磷灰石微球, 并通過壓力滲透的方法將rh BMP-2裝載到中空微球中, 證實了其在體外具有緩釋行為, 并對所釋放生長因子的活性進行了評價［1-3］。作者擬建立新西蘭兔骨缺損模型, 觀察植入中空羥基磷灰石/ rhBMP-2人工骨后在骨折愈合過程中對血清堿性磷酸酶的影響, 為中空羥基磷灰石/rhBMP-2人工骨修復骨缺損提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料來源 選取24只成年新西蘭兔制作脛骨缺損模型,雌雄不拘(昆明醫科大學實驗動物中心), 體重2.8～3.0 kg。隨機分為復合組、單純組與對照組, 每組8只。新西蘭兔喂養在室溫20℃、相對濕度50%～70%的環境中, 自由飲水、進食。

1.2 實驗材料及主要試劑 本課題組前期制備了表面多孔、內部中空的羥基磷灰石微球, 通過壓力滲透的方法將rh BMP-2裝載到中空微球中, 直徑0.5～0.7 cm, 滅菌處理后備用。堿性磷酸酶體外臨床試劑盒購自北京中生生物工程高技術公司。

1.3 方法

1.3.1 制備骨缺損動物模型 綁定實驗動物。用10%水合氯醛溶液按3 ml/kg的劑量行腹腔麻醉。后腿脫毛, 常規消毒,手術鋪巾。逐層切開顯露脛骨, 在脛骨前外側中段鉆孔, 直徑0.8 cm, 復合組將中空羥基磷灰石/ rhBMP-2人工骨植入缺損處；單純組植入單純中空羥基磷灰石人工骨；對照組不植入任何材料。創面用生理鹽水沖洗, 逐層縫合后包扎。不作局部內、外固定, 傷口不拆線, 讓縫線自行脫落。術后立即肌內注射80萬單位青霉素, 連用3 d。麻醉清醒后常規喂養,自由活動, 密切觀察兔的飲食、活動及傷口反應。

1.4 觀察指標 觀察三組手術效果, 比較三組術前及術后4、8、12、16周血清堿性磷酸酶活性檢測結果, 分別于術前,術后4、8、12、16周每周第1天上午8:00抽取新西蘭兔靜脈血,檢測其堿性磷酸酶活性。

1.5 統計學方法 采用SPSS19.0統計學軟件處理數據。計量資料以均數±標準差( x-±s)表示, 采用 t檢驗P＜0.05表示差異具有統計學意義。

2 結果

2.1 手術效果 三組均未發生全身異常反應。傷口無感染,愈合良好, 縫線自行脫落。

2.2 各時間段血清堿性磷酸酶活性檢測結果 術后4、8周三組堿性磷酸酶較術前顯著增高, 術后8周達最高峰, 之后又逐漸下降。術前三組血清堿性磷酸酶活性檢測結果比較差異無統計學意義(P＞0.05)。術后4、8、12、16 周復合組血清堿性磷酸酶活性檢測結果(109.96±8.98)、(131.37±10.64)、(90.14±6.71)、(60.28±3.76)U/L高于單純組的 (82.47±5.32)、(101.07±4.59)、(65.60±4.59)、(56.03±3.75)U/L, 高于對照組的 (70.940±4.01)、(87.37±3.31)、(57.42±4.48)、(52.43±2.36)U/L, 且單純組高于對照組, 差異均有統計學意義(P＜0.05)。見表1。

表1 三組各時間段血清堿性磷酸酶活性檢測結果比較( x-±s, U/L)

3 討論

3.1 中空羥基磷灰石可作為理想載體 有研究報道［4-6］, 無機材料特別是中空羥基磷灰石具有優良的生物相容性、力學性能、生物活性和骨傳導性, 且能與人體骨組織形成良好的骨性鍵合, 因而被視為一種理想的支架材料, 其中納米羥基磷灰石曾被認為是理想的載體［6］, 但其突釋效應限制了臨床應用。本實驗通過使用表面多孔且中空的羥基磷灰石微球作為緩釋載體, 裝載rhBMP-2, 構建了中空羥基磷灰石/ rhBMP-2 復合人工骨與不裝載rhBMP-2 的單純中空羥基磷灰石人工骨, 分別植入到兔脛骨缺損處, 結果證明中空羥基磷灰石是rhBMP-2 較為理想的載體, 具體原因為①中空羥基磷灰石最接近天然的骨組織結構, 有利于細胞較好地吸附。②中空羥基磷灰石具有空腔、內表面、微孔等多級吸附結構, 可以起到很好的緩釋作用［3］, 發揮持續促進成骨的效應。③中空羥基磷灰石微球在體液環境中可緩慢降解, 可實現rhBMP-2的持續、長期釋放。

3.2 中空羥基磷灰石/ rhBMP-2 復合人工骨的優勢 ①生物相容性很好, 體內可以降解吸收；②釋放周期長, 避免突釋效應；③生物力學性能強, 具有優異的骨傳導性能；④可以促進骨缺損區發生再血管化, 利于骨缺損的修復［7,10］；⑤來源廣泛, 可以批量生產。因此, 中空羥基磷灰石/ rhBMP-2復合人工骨材料具有非常大的應用前景, 有著極其重要的經濟和社會價值。

3.3 堿性磷酸酶活性檢測的意義 堿性磷酸酶主要由成骨細胞和骨細胞分泌。機體內堿性磷酸酶的活性在rhBMP-2的刺激下會提高, 這是成骨的一個比較典型的標志, 是反應骨及軟骨細胞的增生程度及活躍程度的良好指標。本實驗中復合組和單純組的堿性磷酸酶活性均高于對照組, 且復合組高于單純組, 差異有統計學意義(P＜0.05), 植入后4 周增生活躍, 8 周時達最高峰, 說明中空結構有利于成骨, 機制可能在于中空結構時成骨面積增大, 其膠原和明膠成分可保持rhBMP-2, 延緩并使其持續釋放。

綜上所述, 中空羥基磷灰石/ rhBMP-2可提高骨缺損堿性磷酸酶活性, 有效促進骨缺損修復。

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［6］ 唐智明, 熊龍, 曾建華, 等.中空羥基磷灰石復合重組人骨形態發生蛋白2微球體修復骨缺損.中國組織工程研究, 2017, 21(2):177-181.

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［9］ 曾建華.納米羥基磷灰石復合rhBMP-2治療骨缺損的實驗研究.南昌大學, 2013.

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