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注射式复合纳米人工骨的生物相容性和降解性能的实验研究

Biocompatibility and degradation of an injectable nano-sized composite bone substitute

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摘要目的:观察新型可注射式纳米羟基磷灰石(n-HA)/半水硫酸钙(CSH)人工骨体外细胞毒性和家兔体内埋植后组织反应以及降解性能,并探讨其可能的生物降解机制.方法:对纯CSH、纯n-HA、10%n-HA+CSH、20%n-HA+CSH和40%n-HA+CSH复合材料共5种材料进行体外MTT细胞毒性试验.将20%n-HA+CSH人工骨植入家兔肌肉和右侧股骨钻孔缺损内,分别在术后5 d及2、3、4、5、6、8、12周观察埋植后家兔的一般情况、复合材料的改变情况、肌肉组织病理和透射电镜表现以及骨组织病理和影像学变化.结果:培养细胞在5种材料浸提液中各自的平均细胞增殖率均在77%以上,细胞毒性均为0～1级.20%n-HA+CSH复合材料在动物体内埋植后无全身反应,体质量均稳步增加.埋植区肌肉组织大体观察发现,术后5 d至8周复合材料从表面-主体-核心以分层方式降解,术后8周时复合材料基本降解,肌肉未出现纤维化、钙化或异位骨化.H-E染色可见降解过程初期散乱的人工骨材料为大量炎性细胞浸润、包绕,逐渐被分解为碎片,成纤维细胞逐渐转化为纤维细胞并包绕吞噬前期分解的材料碎片.电镜显示该降解由组织细胞吞噬反应介导,而且吞噬细胞并未出现胞膜损害和细胞器异常.右侧股骨骨组织影像学和病理学检查发现术后6周见缺损处松质骨内明显新生骨形成,8～12周人工骨完全降解,缺损处已具有正常骨小梁形态.结论:20%n-HA+CSH复合材料人工骨无明显体外细胞毒性,生物相容性良好;动物体内降解可能是由组织细胞吞噬反应介导以分层方式降解,骨内8～12周完全降解,速度符合骨再生需要,具备很好的成骨活性.