藻酸鹽凝膠微球輔助修復(fù)大段骨缺損的成骨效果研究

陳 翔 鄒 俊 矢慶明 吳 凱 趙 彪 彭 鯤*

由于創(chuàng)傷、先天性疾病、感染、腫瘤切除等造成的骨缺損較常見，而大部分骨組織本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，含有多種礦物質(zhì)與細(xì)胞成分，具有獨特的力學(xué)性能，因此在臨床上尋找合理的理想替代材料具有重要意義[1-2]。常規(guī)采用自體骨移植、同種異體骨移植均存在一定不足，獲得自體骨是一個痛苦和復(fù)雜的過程，同種異體骨移植可增加異物排斥反應(yīng)、感染發(fā)生的風(fēng)險[3]。目前，凝膠微球、金屬基材料、陶瓷支架、生物活性玻璃、復(fù)合材料、聚合物均可應(yīng)用于構(gòu)建骨支架，其中藻酸鹽是從褐藻類的海帶或馬尾藻中提取的一種多糖碳水化合物，具有毒性低、降解性好、生物相容性好、來源廣泛等優(yōu)勢[4-5]。本研究就藻酸鹽凝膠微球輔助修復(fù)大段骨缺損的成骨效果進行分析。現(xiàn)報道如下。

1 材料與方法

1.1 材料

研究時間為2018年1—8月。12只健康雌性新西蘭大白兔由動物實驗中心提供，雌性，6個月齡，體重（2.85±0.25）kg；藻酸鹽凝膠微球（青島海匯生物工程有限公司，批號2049144）；雙能X線骨密度檢測儀（Hologic公司，型號XP2014），研究已獲實驗動物管理委員會倫理許可，所有操作均遵守國際動物倫理準(zhǔn)則，維持動物在無特定病原體（SPF）條件進行實驗。

1.2 分組與模型建立

12只大白兔隨機分為空白組、模型組與微球組，每組 4只，分組后放于籠中適應(yīng)性飼養(yǎng)兩周。空白組：不建立大段骨缺損模型，正常飼養(yǎng)；模型組：建立大段骨缺損模型，只鉆孔，采用0.9%氯化鈉注射液沖洗，不放入任何材料；微球組：建立大段骨缺損模型并給予藻酸鹽凝膠微球處理。

建立大段骨缺損模型：使用2%戊巴比妥鈉，以45 mg/kg進行腹腔內(nèi)注射，麻醉成功后，大鼠取右側(cè)俯臥位固定。在其股骨遠端近膝關(guān)節(jié)處，沿外側(cè)作1.5 cm縱行切口，顯露股骨髁部，鈍性分離肌肉，鉆取直徑2 mm貫通雙側(cè)皮質(zhì)的冠狀軸洞性骨缺損，然后采用0.9%氯化鈉注射液沖洗。

建立模型后12周，微球組將藻酸鹽凝膠微球植入骨缺損部位，術(shù)后靜脈滴注慶大霉素2萬U/kg，持續(xù)3 d，模型組以等劑量0.9%氯化鈉注射液代替。

1.3 觀察指標(biāo)

1）記錄3組大白兔術(shù)前1周與術(shù)后12周骨密度值。2）在術(shù)后18周、24周行雙上肢X線檢查，了解骨缺損修復(fù)情況。

1.4 統(tǒng)計學(xué)分析

采用SPSS 20.00統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)分析，計量資料以±s表示，多組間比較采用單因素方差分析或one-way分析，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 3組一般情況比較

骨缺損大白兔未出現(xiàn)炎癥反應(yīng)、排斥等不良反應(yīng)，術(shù)后恢復(fù)良好，未出現(xiàn)傷口感染、死亡等并發(fā)癥。空白組：大白兔表現(xiàn)為正常狀態(tài)；模型組：大白兔表現(xiàn)為站立功能障礙，單次持續(xù)站立時間＜10 s；術(shù)后18周，微球組：大白兔表現(xiàn)基本正常狀態(tài)，站立功能有輕微障礙，10 s＜單次持續(xù)站立時間＜1 min。

2.2 3組骨密度比較

術(shù)后12周模型組與微球組的骨密度均顯著低于空白組（P＜0.05）。見表1。

表1 3組大白兔骨密度比較(g/cm3,±s)

表1 3組大白兔骨密度比較(g/cm3,±s)

注：與空白組比較，aP＜0.05；與模型組比較，bP＜0.05

組別 只數(shù) 術(shù)前1周 術(shù)后12周空白組 4 0.30±0.03 0.31±0.04模型組 4 0.31±0.02 0.18±0.02a微球組 4 0.30±0.02 0.18±0.03a F值 0.043 9.845 P值 0.944 0.001

2.3 3組骨缺損修復(fù)情況比較

術(shù)后18周、24周，空白組：未見骨缺損；模型組：缺損區(qū)表面粗糙不平，質(zhì)地軟，與周圍組織分界明顯；微球組：缺損區(qū)已完全被修復(fù)組織所覆蓋，界限幾乎不可分，修復(fù)組織顏色接近于正常周圍組織，周圍組織結(jié)合牢固，質(zhì)地韌。

3 討論

大段骨缺損是臨床常見的棘手問題，骨移植常面臨數(shù)量有限，并且會導(dǎo)致患者遭受手術(shù)創(chuàng)傷，目前仍是臨床骨科面臨的巨大挑戰(zhàn)[6]。并且由于骨組織成分不均勻，其內(nèi)存在的有機成分，具有獨特的生物力學(xué)特性，尋找理想的骨缺損修復(fù)材料比較困難[7-8]。自體骨移植是將機體內(nèi)的健康骨組織取出，移植在病灶處修復(fù)骨缺損，但需要多次手術(shù)，創(chuàng)傷性較大，且自體骨的數(shù)量有限，可增加患者的經(jīng)濟負(fù)擔(dān)，延長恢復(fù)期[9]。同種異體骨移植可增加感染、異物排斥反應(yīng)的風(fēng)險，同時也存在病毒傳播的風(fēng)險[10]。

藻酸鹽主要是從海帶、馬尾藻等褐藻類海洋植物中提取，是一種線性的天然多糖類化合物，具有天然無毒、廉價易得、生物相容性好、生物降解性等特性，并且儲量豐富、可再生。藻酸鹽凝膠微球可明顯促進組織損傷后修復(fù)再生，刺激軟骨細(xì)胞生長、促進成骨及骨嵌段共聚物創(chuàng)愈合[11]；其也能促進肉芽組織生長及皮膚再生，加速傷口愈合。藻酸鹽凝膠微球具有良好的生物活性，能夠滿足修復(fù)骨質(zhì)疏松性骨缺損所需的機械支撐和成骨能力[12-13]。本研究顯示大白兔實驗進行順利，骨缺損大鼠未出現(xiàn)炎癥反應(yīng)、排斥等不良反應(yīng)；模型組與微球組術(shù)后12周骨密度均顯著低于空白組。說明應(yīng)用藻酸鹽凝膠微球安全性較高，可促進股骨缺損愈合。

以組織工程化骨替代以往的骨移植是近來骨缺損修復(fù)研究的重點，藻酸鹽凝膠微球可改善關(guān)節(jié)活動度，同時具有刺激骨軟骨細(xì)胞生長、促進成骨及骨創(chuàng)傷愈合等作用[14]。并且藻酸鹽凝膠微球具有良好的細(xì)胞親和性，便于細(xì)胞的游移和活化，加速壞死組織清除，也可局部形成立體空間網(wǎng)架的水化環(huán)境，為骨細(xì)胞的生長提供優(yōu)良的力學(xué)支撐[15]。

但是，本研究也有一定局限性，藻酸鹽凝膠微球可能對正常的骨形成過程造成干擾，不能控制材料中生長因子、蛋白質(zhì)釋放，可能對機體遠期的骨愈合造成負(fù)面影響，還有待深入研究。

綜上所述，藻酸鹽凝膠微球在大段骨缺損修復(fù)中的應(yīng)用具有良好的生物相容性與安全性，可提高骨密度值與修復(fù)效果。