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新型可降解镁锌合金材料应用于动静脉瘘封堵材料的动物研究
目的 构建犬动静脉瘘动物模型,对新型可降解镁锌合金材料植入动静脉瘘动物模型后生物相容性及安全性进行研究.方法 实验用比格犬10只,构建犬髂内动静脉瘘动物模型,分为实验组(镁锌合金材料植入动静脉瘘)5只和对照组(仅动静脉瘘造模)5只,比较两组实验动物饮食、活动及切口反应情况,分别于术前及术后1、4、8及12周检测血清肝肾功电解质(肌酐、谷丙转氨酶、总胆红素、尿素氮及血镁锌浓度)生化指标,按照计划在术后12周处死实验犬,取出动静脉瘘标本及肺肝肾心等重要脏器进行苏木精-伊红(HE)染色.结果 两组实验动物饮食、活动正常、切口未见明显感染迹象.术前及术后谷丙转氨酶、总胆红素及尿素氮浓度差异无统计学意义(P>0.05);血镁浓度在术后1周、血锌及肌酐浓度在术后1、4周差异有统计学意义(P<0.05),而其余时间点血镁锌及肌酐浓度差异无统计学意义(P>0.05).术后12周 HE 染色示实验组动静脉瘘处动脉内膜较对照组稍增生,未发现明显炎症细胞浸润;肾小管和间质未出现异常形态、肿胀及明显炎症反应;肺泡结构和功能完整,未发现明显血栓形成;肝、心细胞未出现水肿及坏死.结论 新型可降解镁锌合金材料植入犬动静脉模型后,对血液生化指标及重要脏器结构功能无明显影响,可作为动静脉瘘的理想封堵材料,具有良好的前景及临床应用价值.
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一种新型镁锌合金植入兔下腔静脉对生化指标影响的实验研究
目的 观察新型镁锌合金(Mg-6Zn合金)丝植入新西兰兔下腔静脉后对肝肾功能和电解质的影响.方法 取新西兰兔45只,采用随机数字法分为三组:镁锌合金组、镍钛合金组和假手术组,每组15只.镁锌合金组、镍钛合金组分别在新西兰兔下腔静脉植入相同尺寸(20.0 mm×1.0 mm×0.5 mm)的镁锌合金和镍钛合金丝,假手术组仅做缝合,其他处理相同.分别于术前和术后检测血清肝肾功能电解质(谷丙转氨酶、总胆红素、尿素和镁锌浓度)及尿镁指标.结果 各组肝肾功能电解质及尿镁浓度的差异无统计学意义(P＞0.05).结论 镁锌合金植入兔下腔静脉后,兔肝肾功能和电解质未观察到显著变化.
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可降解镁锌合金的细胞毒性和溶血实验
背景:自主设计的可降解镁锌合金既保持了镁合金与人骨接近的密度和弹性模量,又排除了商业镁合金中铝和稀土元素的毒性.目的:评价自制可降解Mg-6wt%Zn合金的细胞相容性.设计、时间及地点:对比观察实验,于2007-11/2008-03在上海交通大学附属第六人民医院中心实验室完成.材料:可降解Mg-6wt%Zn合金由上海交通大学材料科学与工程学院研制,密度1.82 g/cm3,弹性模量44 GPa.细胞毒件实验所用L-929细胞由中国科学院典型培养物保藏委员会细胞库提供.溶血实验所用血取自成年雄性新西兰大白兔.方法:将Mg-Zn合金浸提液稀释成100%,50%,10%,加入96孔板里培养L-929细胞,并设单纯的DMEM培养液为阴性对照组,加入0.64%苯酚的DMEM培养液为阳性对照组.主要观察指标:分别在第2,4,7天用MTT比色法定量测试材料对L-929细胞相对增殖率的影响,并根据ISO 10993-5:1999标准评估细胞毒性.应用倒置显微镜观察细胞培养2,4,7 d后形态和生长状况.按照ISO10993-4:2002标准,通过对材料与兔血红细胞在体外接触过程中,所致红细胞溶解和血红蛋白游离程度的测定,评价材料的体外溶血性.结果:随着培养时间的增加,细胞形态保持正常,数量明显增多,不同浓度镁锌浸提液中细胞生长形态与阴性对照并无明显差异.可降解镁锌合金对L-929细胞无明显毒性作用,毒性评价为0～1级.可降懈镁锌合金对血液的溶血率为3.4%,小于标准规定的5%,属于无溶血反应.结论:可降解镁锌合金无明显细胞毒性,细胞相容性较好.
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镁锌合金对成骨细胞整合素β1表达的影响
背景:自主设计的可降解镁锌合金既保持了镁合金与人骨接近的密度和弹性模量,又排除了商业镁合金中铝和稀土元素的毒性.目的:观察新型可降解镁锌合金(Mg-6%Zn)对前成骨细胞MC3T3-E1细胞整合素β1表达的影响.设计、时间及地点:细胞分子学水平,对比观察实验,于2008-03/05在上海交通大学附属第六人民医院中心实验室完成.材料:实验可降解Mg-6%Zn合金由上海交通大学材料科学与工程学院研制,密度是1.82 g/cm3,弹性模量44 GPa,以临床常用的可吸收内植物左旋聚乳酸做为对照.MC3T3-E1细胞由中国科学院典型培养物保藏委员会细胞库提供.方法:将MC3T3-E1细胞接种于镁锌合金和左旋聚乳酸上,共培养2,24,48 h后用扫描电镜观察细胞形态;共培养1,3,6,9,12,15 d后,收集细胞,利用实时荧光定量PCR方法检测成骨细胞整合素β1 mRNA的表达水平.主要观察指标:MC3T3-E1细胞在材料表面生长形态和整合素β1mRNA的表达水平.结果:在镁锌合金表面MC3T3-E1细胞黏附性能优于左旋聚乳酸表面;镁锌合金表面培养的MC3T3-E1细胞在实验期间能持续表达整合素β1mRNA,表达水平随着时间延长而增高(P＜0.01),但与左旋聚乳酸相比差异无显著性意义(P＞0.05).结论:镁锌合金表面MC3T3-E1细胞黏附性能优于左旋聚乳酸表面,但并非通过诱导整合素β1的表达水平来介导的.
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含锌镁合金对人成骨肉瘤U2OS细胞株体外增殖的影响
背景:合金化可提高纯镁的抗腐蚀性能,延缓其降解速率;大量文献表明锌具有良好的抗肿瘤效果.目的:评价含锌镁合金对人成骨肉瘤U2OS细胞体外增殖及凋亡的影响.方法:检测纯镁及不同含锌量镁合金(质量分数2%、4%、6%)在Hank's液中的氢气释放速率.取人成骨肉瘤U2OS细胞(或MC3T3-E1细胞),分别与不同含锌量镁合金浸提液、纯镁浸提液及钛合金浸提液共培养1,3,5 d,MTT法检测细胞增殖.取人成骨肉瘤U2OS细胞,分别与不同含锌量镁合金浸提液、纯镁浸提液及钛合金浸提液共培养24 h,流式细胞仪分析细胞凋亡,Western Blotting检测凋亡相关蛋白的表达水平.结果与结论:①在初始的100 h内,纯镁组氢气释放速率明显高于含锌镁合金组;在不同含锌量镁合金组中,以含锌量4%镁合金组氢气释放速率慢;②不同含锌量镁合金均可明显抑制人成骨肉瘤U2OS细胞的增殖,且与锌含量呈正相关;不同含锌量镁合金对MC3T3-E1细胞的毒性在0至1级之间;③不同含锌量的镁合金可明显促进人成骨肉瘤U2OS细胞的凋亡,且与锌含量呈正相关;④不同含锌量镁合金可上调人成骨肉瘤U2OS细胞p53、Bax蛋白表达,下调Bcl-2蛋白表达,改变Bcl-2/Bax比例,其中以含锌量4%镁合金效果显著;⑤结果表明:含锌镁合金可抑制人成骨肉瘤U2OS细胞的体外增殖,诱导其凋亡.
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二水磷酸氢钙涂层镁锌合金体内降解和新骨形成的研究
目的 研究二水磷酸氢钙涂层镁锌合金在体内的降解规律及其对新骨形成的影响.方法 72只新西兰大白兔均于左侧股骨髁钻孔,随机植入二水磷酸氢钙涂层镁锌合金棒(实验组,n=24)或镁锌合金棒(镁锌合金对照组,n=24)或聚乳酸棒(聚乳酸对照组,n=24).术前1 d及术后第1天和第1、2、5、10周时,检测实验组和镁锌合金对照组动物血清Mg~(2+)浓度.术后第3、6、12、18周时,植入处X线摄片检查;摄片后三组分别处死6只动物,采集并制备肝、肾组织标本,HE染色后观察组织病理学改变.术后18周时,行股骨髁组织切片HE染色和品红苦味酸染色,观察植入物降解情况并比较骨矿物质沉积率.结果 二水磷酸氢钙涂层组与镁锌合金对照组术前及术后各时间点的血清Mg~(2+)浓度比较,差异均无统计学意义(P>0.05).术后3周时,X线摄片观察发现镁锌合金对照组植入物旁有气泡产生.三组肝、肾组织学检查均未见明显异常.与两对照组相比,实验组骨矿物质沉积率较高,植入物的降解速度较慢.结论 二水磷酸氢钙涂层镁锌合金体内降解时间延长,生物相容性更优良.
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新配方生物可降解镁锌合金的研究进展
镁合金作为人体组织可降解材料具有优良的物理特性,已经成为材料科学、生物医学等领域的研究热点,其在骨植入物、心血管支架等领域得到了广泛研究.但目前植入物多为商用镁合金,生物降解性能、生物相容性不够理想,给植入生物材料的安全性带来很大隐患.本文回顾一系列体内体外实验,就新型镁锌合金——Mg-6Zn的生物降解和生物相容性研究进展进行总结,认为Mg-6Zn合金生物降解行为基本符合要求,生物相容性良好,具有广阔应用前景.
关键词： 镁锌合金 生物降解·生物相容性 Mg-6Zn -
镁锌合金在体外对MC3T3-E1细胞增殖、分化和矿化的影响
目的 观察镁锌合金(Mg-zn)在体外的降解及对小鼠前成骨细胞(MC313-E1)增殖、分化和矿化的影响,探讨Mg-Zn成为新型骨科内植物材料的可行性.方法 Mg-Zn和纯镁(Mg)试样置入模拟体液(SBF)中,3 d后通过电化学方法和静态浸泡失重的方法来测定其腐蚀电位及腐蚀速率;在Mg-Zn上接种MC3T3-E1细胞,采用噻唑蓝(MTT)比色法检测1、3、5、7、9 d时细胞增殖活性,采用碱性磷酸酶(ALP)检测试剂盒检测14、28 d时细胞ALP活性,并用四环素荧光染色检测14d时矿化结节.与左旋聚乳酸(PLLA)作对照研究.结果 Mg-Zn的腐蚀电位增高,腐蚀速率降低;培养第5、7、9天后,Mg-Zn成骨细胞增殖活性明显高于PLLA(P<0.01);14、28 d时,Mg-Zn ALP活性明显高于PuA(P<0.01);Mg-Zn矿化结节面积明显大于PLLA(P<0.01).结论 Mg-Zn明显改善了Mg的耐腐蚀性能,同时能促进MC333-E1细胞的增殖、分化和矿化功能,具有良好的生物相容性.
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镁锌合金对成骨细胞整合素表达的影响
目的 观察镁锌合金(Mg-Zn)对小鼠前成骨细胞(MC3T3-E1)整合素表达的影响.方法 将MC3T3-E1细胞以1.0×105个/ml密度接种于Mg-Zn和左旋聚乳酸(PLLA)上,共培养1、3、6、9、12和15 d后,收集细胞,利用实时荧光定量聚合酶链反应(PCR)方法检测整合素亚基α2、α5和β1(Itgα2、Itgα5和Itgβ1)mRNA的表达水平.结果 Itgβ1 mRNA表达水平高,且随着时间的延长而增高(P<0.01),但两组材料差异无统计学意义(P>0.05);Mg-Zn表面Itgα5 mRNA表达水平随着时间延长而增高(P<0.01),除第1天外,PLLA表面Itgα5 mRNA表达水平均低于Mg-Zn表面(P<0.01);Itgα2 mRNA表达水平随着时间延长而增高,在第9天时到达高峰,随后逐渐降低.在第1、3、6天Mg-Zn表面Itgα2 mRNA表达水平高于PLLA(P<0.01),而第9、12、15天时两组差异无统计学意义(P>0.05);Mg-Zn表面Itgα2 mRNA表达水平除了第15天外均高于Itgα5 mRNA(P<0.01).结论 与PLLA比较,Mg-Zn能够提高成骨细胞Itgα5 mRNA和Itgα2 mRNA表达水平,有利于促进成骨细胞与材料表面的黏附.
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镁锌合金对成骨细胞整合素表达的影响
我们前期的实验研究结果表明镁锌合金具有良好的生物安全性和生物相容性,在治疗骨折和骨缺损方面具有潜在的优势~[1-4].但细胞与材料相互作用机制仍有待进一步的研究.我们在基因表达水平进一步研究了镁锌合金对成骨细胞整合紊(Itg)α2、α5和β1的mRNA表达的影响.
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镁锌合金促成骨细胞增殖作用及其相关机制研究
目的 观察镁锌合金(Mg-Zn)共同培养对成骨细胞MC3T3-E1的促增殖作用及相关的作用机制.方法 实验分为对照组、Mg-Zn组、聚L-丙交酯(PLLA)组.采用细胞毒实验(MTT)法检测细胞增殖活性,酶联免疫分析(ELISA)法检测整合素β2的表达变化,免疫印迹法(Western blotting)检测细胞BMP-2和p-Smad1蛋白的表达变化.结果 培养到第2 天,3组间细胞增殖活性差异无统计学意义(P＞0.05).第4、6、8、10天时,Mg-Zn组MC3T3-E1细胞增殖显著高于对照组和PLLA组,差异有统计学意义(P＜0.05);对照组与PLLA组细胞增殖活性比较,差异无统计学意义(P＞0.05).3组MC3T3-E1细胞整合素β2的表达在第2、4、6天逐渐升高,第8 天又逐渐减低,差异有统计学意义(P＜0.05),在同一时间点Mg-Zn组整合素β2的表达显著高于对照组和PLLA组,差异有统计学意义(P＜0.01),对照组和PLLA组之间整合素β2的表达差异无统计学意义(P＞0.05).结论 Mg-Zn共培养可以促进成骨细胞的增殖,上调整合素β2的表达和激活BMP/Smad信号通路能是其主要的作用机制.
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可降解镁锌合金肋骨固定器应用于肋骨骨折内固定的动物实验研究
目的：构建犬肋骨骨折动物模型，研究新型可降解镁锌合金肋骨固定器在切开复位内固定术中的固定效果及其降解愈合过程。方法实验用比格犬15只，体重12kg以上，12月龄，雌雄不限，构建犬肋骨骨折切开复位内固定动物模型，分为镁锌合金组（10只）和钢板固定对照组（5只），比较两组饮食、活动、切口反应、体重变化及血液生化检查，术后2、6、12周行胸部CT检查，并对胸廓进行CT三维重建。术后4、8、12周，按计划处死实验犬，观察镁锌合金肋骨固定器的降解情况，对实验组骨痂及周围组织进行组织学观察。结果两组饮食、活动、体重变化、血生化检查等差异均无统计学意义；1例镁锌合金组1只犬出现局部切口感染伴积气，予以局部抽液引流、抗炎补液治疗后愈合。术后12周HE染色见肋骨骨折已经愈合，界限不清，间隙中充满骨髓组织；胸部CT检查及三维重建示骨折断段愈合良好，镁锌合金肋骨环抱器已完全降解。结论可降解镁锌合金肋骨固定器是肋骨骨折内固定治疗的理想器材，具有固定牢靠、弹性模量低、力学性能佳、可降解等特性，无需再次手术取出，具有良好的应用前景及临床价值。
