椎体成形骨填充材料的研究与现状

背景:椎体成形是治疗骨质疏松性椎体压缩骨折安全、有效的微创治疗技术.目的:综述椎体成形中骨充材料的生物力学性能、骨强度维持状态、骨降解吸收及诱导成骨等方面的研究进展.方法:第一作者应用计算机检索中国知网、PubMed、Medline数据库2005年1月至2016年5月的相关文章,英文检索词为"Bone cement;Bone filling materials;Percutaneous vertebroplasty",中文检索词为"骨水泥;骨填充材料;椎体成形术".结果与结论:聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥不是骨质疏松性椎体压缩骨折椎体填充的理想材料.磷酸钙骨水泥和硫酸钙骨水泥可替代传统聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥,但磷酸钙骨水泥和硫酸钙骨水泥也存在一些问题,如显影效果不理想、生物降解速度难以控制、远期效果缺乏进一步循证医学的支持等.复合骨水泥兼顾了多种骨水泥的优点,是良好的骨修复材料,但进入临床时间短,还需大量的临床实践证明,是目前研究的主要方向.

多孔磷酸钙/骨基质明胶复合骨水泥的构建及理化特性

背景:磷酸钙骨水泥具有良好的生物相容性和骨传导性及可降解性,可用于修复骨缺损,但单一的磷酸钙骨水泥脆性大,不具有骨诱导活性,生物活性差.目的:构建多孔磷酸钙/骨基质明胶复合骨水泥,分析其理化特性.方法:提取兔骨基质明胶,制作聚乳酸-羟基乙酸共聚物[poly(lactic-co-glycolic)acid,PLGA]空白微球,将PLGA微球(质量分数分别为0,5％,10％,对应制作的骨水泥分别设为空白组、5％组、10％组)、骨基质明胶与磷酸钙骨水泥复合,构建多孔磷酸钙/骨基质明胶复合骨水泥,考察3种复合骨水泥的微观结构、凝固时间、可注射性、抗溃散性、孔隙率及降解特性.将骨髓间充质干细胞分别与3种复合骨水泥浸提液共培养,14 d内检测细胞增殖率.将3种复合骨水泥材料分别植入新西兰兔腰椎椎体骨缺损内,12周后采用Micro-CT分析材料对骨缺损的修复作用.结果与结论:①与空白组比较,5％组、10％组复合骨水泥凝固时间减少(P<0.05),孔隙率增大(P<0.05),抗压强度、弹性模量降低(P<0.05),可注射性变差,抗扩散性弱,体外降解加速;与5％组比较,10％组复合骨水泥凝固时间减少(P<0.05),孔隙率增大(P<0.05),抗压强度、弹性模量降低(P<0.05),抗扩散性弱,体外降解加速;②与空白组复合骨水泥比较,5％组、10％组复合骨水泥可促进骨髓间充质干细胞的增殖(P<0.05);③3种骨水泥材料植入12周后的Micro-CT显示,骨缺损处均有新骨生成,5％组、10％组兔骨缺损部位骨密度、骨体积分数、骨小梁厚度、骨小梁数量均明显高于空白组(P<0.05),骨小梁分离度均低于空白组(P<0.05);④结果表明质量分数为5％PLGA微球与骨基质明胶、磷酸钙骨水泥复合构建的骨水泥,具有良好的力学强度、降解性能、可操作性、细胞相容性及骨诱导活性.

新型多孔聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥的制备及性能分析

背景:多孔磷酸三钙/聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate,PMMA)骨水泥可改善传统PMMA骨水泥骨传导性差的不足,但加入的大量致孔剂显著降低了复合骨水泥的力学性能.目的:为改善多孔磷酸三钙/PMMA骨水泥的力学性能,制备含不同比例纳米磷酸三钙、甲基丙烯酸羟乙酯的复合PMMA骨水泥,观察其力学性能、凝固性能、成孔性能及生物安全性.方法:向PMMA骨水泥固相中加入不同比例的纳米磷酸三钙(质量分数40％,50％,60％),液相中加入不同比例的甲基丙烯酸羟乙酯(质量分数0％,5％,10％,15％,20％),混合固相与液相,制备不同组分的复合骨水泥,检测各组分骨水泥的抗压强度、抗弯强度、凝固高温度及凝固时间,筛选优选比例组分骨水泥.将优选组分骨水泥浸泡在模拟人细胞外液中12周,扫描电镜观察成孔性能.采用优选组分骨水泥浸提液培养成骨前体细胞,24 h后利用CCK-8法检测吸光度,计算细胞活力.结果与结论:①在固相中加入40％,50％的磷酸三钙,可增强复合骨水泥的抗压强度,但当其比例达到60％时,复合骨水泥的抗压强度明显下降;磷酸三钙可明显降低复合骨水泥的抗弯性能,呈线性关系;在液相中加入甲基丙烯酸羟乙酯,可加强复合骨水泥的抗压、抗弯强度,但当浓度超过15％时,复合骨水泥的力学性能不再增强;②复合骨水泥的凝固高温度约为80℃,与磷酸三钙、甲基丙烯酸羟乙酯比例无关;复合骨水泥的凝固时间随磷酸三钙比例的增加而缩短,随甲基丙烯酸羟乙酯比例的增加而延长;③优选组分骨水泥比例,纳米磷酸三钙为50％,甲基丙烯酸羟乙酯为0％,5％,10％,此3种复合骨水泥在模拟人细胞外液中浸泡12周后,表面可形成孔径约为100μm的多孔结构;④在3种优选复合骨水泥浸提液中,成骨前体细胞活力均大于75％,无细胞毒性;⑤综合以上结果发现,在加入PMMA固相中加入50％磷酸三钙、液相中加入10％甲基丙烯酸羟乙酯为优复合骨水泥配方.

介孔钙硅酸盐改性硫酸钙骨水泥的体内降解及成骨性能

[目的]通过动物体内置入实验评价介孔硅酸钙改性硫酸钙骨水泥(mCSC)在体内的降解性和成骨性能.[方法]将mCSC和对照样硫酸钙(CSC)骨水泥置入新西兰大白兔右侧股骨末端骨缺损,于术后4、8、12周取样,通过组织学和免疫组化分析骨水泥在体内的降解性和成骨性能.[结果] mCSC复合骨水泥置入兔股骨缺损部位12周后修复骨缺损,组织病理学和免疫组化分析表明:伴随着mCSC材料的降解,大量新生骨组织生成,成骨量显著高于CSC;且VEGF和Ⅰ型胶原染色阳性表达率明显高于CSC.[结论]mCSC具有优良的生物相容性、降解性和成骨性能,能促进新骨再生,是一种潜在的骨修复材料.

硅酸钙-磷酸盐复合骨水泥的制备及其性能研究

分别以α-磷酸三钙(α-TCP)、磷酸四钙(TTCP)为基本原料,添加羟基磷灰石(HAP)、磷酸氢钙(DCPD)、碳酸钙(CaCO3)、氧化钙(CaO)等其它辅料,并与一定量的无定形硅酸钙(CaSiO3)进行复合,确定了钙磷比均为1.50的六种骨水泥配方,对其基本性能进行了研究.对固化骨水泥样品进行了Ringer's模拟液浸泡实验,研究了浸泡液pH值、样品的抗压强度随浸泡时间的变化.结果表明:调和液0.25 M K2HPO4/KH2PO4和无定形CaSiO3对骨水泥有促凝作用,缩短骨水泥的终凝时间,其中初凝时间为4～5.5 min,终凝时间为18～19.5 min;同时添加适量无定形CaSiO3可以显著提高骨水泥的抗压强度,其中添加适量无定形CaSiO3的以α-TCP为主要原料的骨水泥Ringer's模拟液浸泡两周后抗压强度可达45.3 MPa.

多孔磷酸钙/骨基质明胶复合骨水泥修复兔腰椎骨缺损的实验研究

目的 探讨多孔磷酸钙/骨基质明胶复合骨水泥(以下简称多孔复合骨水泥)修复兔腰椎骨缺损的效果.方法 采用Urist等的方法制备成年新西兰兔骨基质明胶(bone matrix gelatin,BMG),参考W/O/W复乳法制作聚乳酸-羟基乙酸共聚物[poly (lactic-co-glycolic) acid,PLGA]空白微球,将PLGA空白微球和BMG与磷酸钙骨水泥(calcium phosphate cement,CPC)复合,构建多孔复合骨水泥.通过体外抗溃散观察、孔隙率测定及生物力学试验,观察其理化特性;并以CPC作对照.取30只2月龄新西兰兔,制备L3椎体大小为4 mm×3 mm×3 mm的骨缺损后,分别填入多孔复合骨水泥(实验组,n=15)和CPC(对照组,n=15).术后第4、8、12周,X线片观察骨融合情况,micro-CT分析骨密度(bone mineral density,BMD)、骨体积分数(bone volume fraction,BVF)、骨小梁厚度(trabecular thickness,Tb.Th.)、骨小梁数量(trabecular number,Tb.N.)和骨小梁分离度(trabecular spacing,Tb.Sp.),组织学观察新生骨形成情况.结果 两种骨水泥均有较好抗溃散性,多孔复合骨水泥孔隙率为55.06％±1.18％,抗压强度为(51.63±6.73) MPa,与CPC的孔隙率(49.38％±1.75％)以及抗压强度(63.34±3.27) MPa相比,差异有统计学意义(t=4.254,P=0.006;t=2.476,P=0.034).X线片观察示,随时间延长,两组材料与宿主之间的边界逐步模糊,且实验组第12周时边界已消失、对照组仍可见.micro-CT检测各时间点实验组BMD、BVF、Tb.Th.、Tb.N.以及Tb.Sp.与对照组相比,差异均有统计学意义(P＜0.05).组织学观察示,随时间延长,两组植入材料中均见新骨生长,其中实验组新生骨与宿主骨形成骨性连接,优于对照组.结论 多孔复合骨水泥具有骨诱导活性和骨传导双重作用,可以有效促进兔腰椎骨缺损修复重建.

异体脱钙骨基质颗粒复合骨水泥修复兔股骨粉碎性骨折

介孔硅酸钙/硫酸钙骨水泥修复兔创伤性骨缺损

目的 观察新型介孔硅酸钙(m-CS)/硫酸钙骨水泥(CSC)复合骨水泥(m-CSC)修复骨缺损的效果. 方法 以CSC为对照组,以15m-CSC为实验组1、30m-CSC为实验组2,观察骨水泥的凝结时间和抗压强度.将骨水泥样品浸泡于Tris-HCl溶液中,观察其体外降解性能、细胞形态及细胞在样品表面的增殖及分化情况.将骨水泥植入9只新西兰大白兔股骨创伤性骨缺损,于术后4,8,12周取样,通过组织切片分析骨水泥的降解及成骨性能. 结果 实验组1和实验组2的固化时间分别为7.8 min和10.5 min,明显长于对照组的3.7 min(P ＜0.01),且对实验组1和2的抗压强度影响很小.实验组1和实验组2在浸泡液的失重率分别为61.8 wt％和50.3 wt％,明显低于对照组的70.4 wt％ (P ＜0.01);其中实验组2浸泡液的pH值下降缓慢(pH值从7.40下降到7.26),而对照组下降较快(pH值从7.40下降至6.86)(P＜0.01).与对照组比较,实验组1和实验组2细胞增殖和分化增强,治疗兔股骨创伤性骨缺损12周,实验组2的新生骨组织面积占55.2％,成骨量显著高于对照组的25.6％(P＜0.01). 结论 m-CSC具有优良的生物相容性、降解性和成骨性能,能促进新骨再生,有效修复创伤性骨缺损.