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新型梯度复合HA/ZrO2组织工程骨支架在猕猴颈椎融合中的应用
目的 构建新型梯度复合羟基磷灰石-二氧化锆(HA/ZrO2)组织工程骨支架,并评估其在猕猴颈椎椎间融合中的效果.方法 通过离子交联法制备壳聚糖水凝胶作为骨形态发生蛋白2(BMP-2)的缓释载体,扫描电镜下观察其微观形态,检测其载药量、包封率及缓释速率;然后分离、培养猕猴源性骨髓间充质干细胞(BMSCs),并进行碱性磷酸酶、冯库萨染色等对其进行鉴定;后将前期制备好的BMP-2明胶/壳聚糖凝水胶缓释系统和第3代猕猴BMSCs加载于HA/ZrO2泡沫陶瓷,以构建新型组织工程骨,并观察其形态特征.将24只雄性猕猴按照随机数字表法分成4组,其中组织工程骨组(n=8)为植入梯度复合HA/ZrO2泡沫陶瓷负载BMP-2明胶/壳聚糖水凝胶缓释系统和第3代猕猴BMSCs,泡沫陶瓷组(n=8)为植入梯度复合HA/ZrO2泡沫陶瓷,自体髂骨组(n=4)为植入自体髂骨,假手术组(n=4)为只对相应部位的软组织进行切开、缝合,未破坏其椎间盘;观察术后颈椎X线(术后即刻、8周、16周)、组织形态学表现(术后8周、16周)及测试相应节段的生物力学(术后16周).结果 扫描电镜下BMP-2明胶/壳聚糖水凝胶呈3D网状结构,内见均匀分布的壳聚糖微球,其负载BMP-2后的包封率和载药率随时间逐渐降低:第1天分别为87.4%±0.9%和58.2%±0.5%、第15天分别为45.2%±0.6%和30.1%±0.4%,累积释放率第1天为12.6%±0.11%、第15天为55%±0.16%.显微镜下观察见BMSCs的形态呈多样性,以梭形及短棒形等较常见;第3代猕猴BMSCs成骨诱导后的碱性磷酸酶、冯库萨染色以及表面特异性抗原的检测结果显示,符合BMSCs的生物学特性.不同时点的X线及组织形态学观察显示材料内部新生骨量组织工程骨组较泡沫陶瓷组明显增多;生物力学测试结果显示,在大载荷、抗压强度和能量吸收方面假手术组均低于其他3组(P值均<0.05),在抗压强度上组织工程骨组与自体髂骨组差异无统计学意义(P>0.05).结论 BMP-2明胶/壳聚糖水凝胶缓释系统复合猕猴第3代BMSCs种植于HA/ZrO2泡沫陶瓷构建的新型组织工程骨支架,能有效促进猕猴颈椎椎间融合,在影像学及组织学表现和生物力学测试方面,可达到与自体骨相似的骨代替作用.
