骨軟骨一體支架材料的生物力學(xué)性能研究

所屬分類：醫(yī)學(xué)論文閱讀次時間：2020-03-19 04:23

本文摘要：內(nèi)容提要：目的：為研究骨軟骨一體支架材料的力學(xué)性能。方法：通過Zwick/Roell2030萬能實驗機對本課題組采用化學(xué)交聯(lián)和物理交聯(lián)制備的兩組骨軟骨一體支架材料進行軸向壓縮、3點彎曲實驗。結(jié)果：軸向壓縮實驗結(jié)果表明：化學(xué)交聯(lián)制備的一體支架在軸向抗壓縮和

　　內(nèi)容提要：目的：為研究骨軟骨一體支架材料的力學(xué)性能。方法：通過Zwick/Roell2030萬能實驗機對本課題組采用化學(xué)交聯(lián)和物理交聯(lián)制備的兩組骨軟骨一體支架材料進行軸向壓縮、3點彎曲實驗。結(jié)果：軸向壓縮實驗結(jié)果表明：化學(xué)交聯(lián)制備的一體支架在軸向抗壓縮和外抗斷裂方面略高于物理交聯(lián)制備的一體支架。3點彎曲實驗結(jié)果表明：化學(xué)交聯(lián)制備的一體支架的彎曲剛度、彎曲強度、彎曲最大力和彎曲斷裂功等四項指標(biāo)均高于物理交聯(lián)制備的一體支架。結(jié)論：這與骨軟骨一體支架材料的制備方式有關(guān)，化學(xué)交聯(lián)的骨軟骨一體支架材料中化學(xué)鍵的鏈接造成了骨軟骨一體支架材料優(yōu)異的生物力學(xué)性能。

　　關(guān)鍵詞：骨軟骨一體支架力學(xué)性能

　　因創(chuàng)傷等疾病引起的關(guān)節(jié)軟骨病變是骨科常見的疾病。關(guān)節(jié)軟骨沒有血管組織，它自身的修復(fù)能力有限，軟骨細(xì)胞的營養(yǎng)來源為關(guān)節(jié)滑液及細(xì)胞周圍基質(zhì)通過無氧酵解。促進關(guān)節(jié)軟骨自身修復(fù)并重建關(guān)節(jié)功能是當(dāng)今世界面臨的臨床難題之一[1]。組織工程學(xué)的發(fā)展，支架材料為軟骨的重建和修復(fù)提供了新的途徑。脫細(xì)胞組織基質(zhì)在去除組織的移植免疫原性的同時獲得一種無免疫排斥的組織替代物。

　　軟骨組織由于其較致密，脫細(xì)胞試劑不容易滲入，脫細(xì)胞困難，國際上對此研究較少。目前國內(nèi)雖然有關(guān)軟骨細(xì)胞外基質(zhì)構(gòu)筑的支架多為單層支架僅用于修復(fù)軟骨缺損，而基于軟骨細(xì)胞外基質(zhì)用于修復(fù)骨軟骨聯(lián)合缺損的雙層或多層支架卻鮮有報道。截止目前，僅有解放軍總醫(yī)院的楊強以犬軟骨細(xì)胞外基質(zhì)和犬脫細(xì)胞骨研制出修復(fù)骨軟骨聯(lián)合缺損的雙層支架;山西大學(xué)杜美麗采用聚羥基丁酸與羥基辛酸為基礎(chǔ)材料，以磷酸三鈣(TCP)為輔助材料，制備出軟骨層/過渡層/硬骨層一體化支架;上海大學(xué)韓振中以明膠/殼聚糖為軟骨層材料、以明膠/殼聚糖和海藻酸鈉/磷酸三鈣(TCP)為過渡層、以聚乳酸/磷酸三鈣為硬骨層通過3D打印技術(shù)復(fù)合成一體支架。但是對于上述這幾種支架仍處于研究階段，未應(yīng)用于臨床[2-4]。

　　因此，研究基于脫細(xì)胞組織基質(zhì)可臨床應(yīng)用的骨軟骨組織工程一體支架產(chǎn)品，將具有巨大的臨床應(yīng)用前景以及產(chǎn)生不菲的經(jīng)濟效益。本研究以兔脫細(xì)胞松質(zhì)骨為骨軟骨組織工程一體支架的硬骨層，以兔軟骨細(xì)胞外基質(zhì)復(fù)合絲素蛋白為軟骨層，采用冷凍―干燥法制備一體支架，這有別于已經(jīng)報道的一體支架產(chǎn)品，因此其可能在修復(fù)骨缺損時表現(xiàn)出優(yōu)異的療效。所以，筆者通過生物力學(xué)實驗手段對采用化學(xué)交聯(lián)和物理交聯(lián)制備的兩組骨軟骨組織工程一體支架的力學(xué)性能進行了研究。

　　1.材料與方法

　　1.1一般材料

　　實驗材料：本課題組采用化學(xué)交聯(lián)(A組)和物理交聯(lián)(B組)的兩組骨軟骨組織工程一體支架。儀器設(shè)備：Zwick/Roell2030萬能實驗機(Zwick/Roell，德國)。

　　1.2方法

　　生物力學(xué)試驗：軸向壓縮實驗、3點彎曲試驗。軸向壓縮實驗：將骨軟骨組織工程一體支架固定并嵌入試驗機卡槽中，以0.5mm/min恒定速度加載，于各位移點可得到相應(yīng)的壓力值，自動打印實驗數(shù)據(jù)。抗壓剛度是反映標(biāo)本本身抗壓縮的指標(biāo)。3點彎曲試驗：按3點彎曲實驗夾具裝夾骨軟骨組織工程一體支架于合適位置并裝接應(yīng)變片，然后再以0.5mm/min恒定速度均勻緩慢加載至其斷裂，自動打印實驗數(shù)據(jù)。3點彎曲實驗實際上包括了拉應(yīng)力、壓應(yīng)力和剪應(yīng)力。最大應(yīng)力值是反映標(biāo)本抗彎曲強度的指標(biāo)，彎曲剛度則是反映標(biāo)本本身抗彎曲的指標(biāo)。

　　2.結(jié)果

　　2.1軸向壓縮實驗結(jié)果軸向壓縮實驗結(jié)果見表1。2.23點彎曲實驗結(jié)果3點彎曲實驗結(jié)果見表2。

實驗結(jié)果

　　3.討論

　　從軸向壓縮實驗可知，化學(xué)交聯(lián)制備的一體支架在軸向抗壓縮和外抗斷裂方面略高于物理交聯(lián)制備的一體支架，這可能是由于材料利用化學(xué)交聯(lián)法制備的骨軟骨一體支架材料具有有序緊密的三維結(jié)構(gòu)，不同層之間的材料通過化學(xué)鍵結(jié)合的更為牢固，從而導(dǎo)致化學(xué)交聯(lián)制備的一體支架在軸向抗壓縮和外抗斷裂方面略高于物理交聯(lián)制備的一體支架。

　　同樣從3點彎曲試驗結(jié)果亦可知，化學(xué)交聯(lián)制備的一體支架其彎曲剛度、彎曲強度、彎曲最大力和彎曲斷裂功等四項指標(biāo)均高于物理交聯(lián)制備的一體支架，因此在后期進行動物實驗時應(yīng)采用化學(xué)交聯(lián)制備的一體支架，其良好的力學(xué)特性，能與組織植入部位的力學(xué)要求相匹配，三維結(jié)構(gòu)更適合細(xì)胞黏附、增生和分化的表面化學(xué)特性，更有利于骨缺損愈合。通過對化學(xué)交聯(lián)和物理交聯(lián)制備的兩組骨軟骨一體支架材料進行軸向壓縮、3點彎曲實驗研究，說明化學(xué)交聯(lián)制備的一體支架具有良好的力學(xué)特性，是一種良好的骨軟骨一體支架材料。

　　參考文獻

　　[1]BenahmedM,BoulerJM,HeymannD,etal.Biodegradationofsyntheticbiphasiccalciumphosphatebyhumanmonocytesinvitro:amorphologicalstudy[J].Biomaterials,1996,17(22):2173-2178.

　　[2]劉昊,張永剛,郭全義,等.新型脫細(xì)胞骨基質(zhì)-殼聚糖骨組織工程支架的制備及性能評價[J].軍醫(yī)進修學(xué)院學(xué)報,2011,32(6):616-619.

　　[3]胡慶柳.磷酸氫鈣/膠原復(fù)合人工骨與羥基磷灰石/膠原復(fù)合人工骨修復(fù)大段骨缺損的比較[J].中國組織工程研究與臨床康復(fù),2010,14(47):8759-8763.

　　[4]蔣婷,楊澤龍,李凌云,等.Ⅱ型膠原-透明質(zhì)酸-軟骨脫細(xì)胞基質(zhì)制備組織工程軟骨支架的實驗研究[J].西部醫(yī)學(xué),2013,25(8):1132-1135.

　　生物醫(yī)學(xué)論文投稿刊物：《國際生物醫(yī)學(xué)工程雜志》(雙月刊)曾用刊名：國外醫(yī)學(xué).生物醫(yī)學(xué)工程分冊，1978年創(chuàng)刊，是國際醫(yī)學(xué)系列雜志之一，系公開發(fā)行的國家級專業(yè)學(xué)術(shù)期刊。本刊的辦刊宗旨是：貫徹黨和國家的衛(wèi)生工作方針政策，貫徹理論與實踐、普及與提高相結(jié)合的辦刊方針，專門報導(dǎo)國內(nèi)外生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科領(lǐng)域的新技術(shù)、新進展、新動向、新成果，促進國際生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科的學(xué)術(shù)交流。