CN109513042A - 陶瓷人工骨复合物对组织成骨的促进作用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了陶瓷人工骨复合物对组织成骨的促进作用，陶瓷人工骨复合物为陶瓷人工骨、骨形态发生蛋白及纤维蛋白复合物，对成骨的大小、硬度、血管分布有促进作用；对植入物的组织成骨有促进作用。本发明的有益效果是通过实验对比研究，探讨陶瓷人工骨、骨形态发生蛋白及纤维蛋白复合物异位诱导成骨活性，并探讨影响成骨活性的原因，为陶瓷人工骨、骨形态发生蛋白及纤维蛋白复合物的应用提供依据。

Description

陶瓷人工骨复合物对组织成骨的促进作用

技术领域

本发明属于医学技术领域，涉及陶瓷人工骨复合物对组织成骨的促进作用。

背景技术

随着创伤性骨缺损及各种骨病刮除病灶后遗留骨缺损的日益增多，骨缺损的修复重建成为骨科常见的课题，也是难题之一。骨移植是治疗各种骨缺损最有效的办法，是临床上除输血以外应用最广泛的组织移植。早在1878年，苏格兰Macewen即为1例骨髓炎所致肱骨缺损的4岁患儿实施植骨术后获得愈合，此为骨移植最早的成功报道。骨移植分为自体骨移植、同种异体骨移植、异种骨移植、人工骨移植，同种异体骨移植方法的研究已取得了很大进展，并已应用于临床。但各种骨移植方法仍处于不断发展阶段，存在一定的不足。

骨形态发生蛋白(bone morphogenetic protein，BMP)是美国的MarshallR.Urist教授于1963年发现的，能够诱导动物或人体间充质细胞分化为骨、软骨、韧带、肌腱和神经组织。近年来基因重组的骨形态发生蛋白-2和骨形态发生蛋白-7的安全性和有效性得到了充分的证实，基于骨形态发生蛋白的安全性和高效诱导成骨活性被越来越多的实验所证实，在一些国家骨形态发生蛋白已进入大规模的临床实验阶段。生物陶瓷人工骨是羟基磷灰石与磷酸三钙的复合材料。而羟基磷灰石与磷酸三钙是骨的主要矿物成份，具有优良的生物相空性能和临床应用价值。具有适应的组织内生条所需的孔径结构，有效地促进新骨组织与细胞、营养供应与血管在孔隙内生长。血纤蛋白是一种高度不溶的蛋白质多聚体，已被广泛用作充填慢性骨炎和骨髓炎手术后的骨缺损。

发明内容

本发明的目的在于提供陶瓷人工骨复合物对组织成骨的促进作用，本发明的有益效果是通过实验对比研究，探讨陶瓷人工骨、骨形态发生蛋白及纤维蛋白复合物异位诱导成骨活性，并探讨影响成骨活性的原因，为陶瓷人工骨、骨形态发生蛋白及纤维蛋白复合物的应用提供依据。

本发明所采用的技术方案是陶瓷人工骨复合物对组织成骨的促进作用。

进一步，陶瓷人工骨复合物为陶瓷人工骨、骨形态发生蛋白及纤维蛋白复合物。

进一步，陶瓷人工骨、骨形态发生蛋白及纤维蛋白复合物对成骨的大小、硬度、血管分布有促进作用；对植入物的组织成骨有促进作用。

附图说明

图1是植入陶瓷人工骨、纤维蛋白和骨形态发生蛋白复合物(A)及陶瓷人工骨(B)对植入物的大小、硬度、血管分布情况的影响(％)；

图2是植入陶瓷人工骨、纤维蛋白和骨形态发生蛋白复合物(A)及陶瓷人工骨(B)对植入物的大小、硬度、血管分布情况的影响(％)；

图3是植入陶瓷人工骨、纤维蛋白和骨形态发生蛋白复合物(A)及陶瓷人工骨(B)对植入物的碱性磷酸酶活性的影响(U/g)。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

1.材料

1.1病例选择、分组：

选纯种SD大鼠30只(购于山东鲁抗制药动物实验中心)，雌雄不限，体重(200±20g)，随机分为A、B、C三组，每组10只，分别在1、2、4周时间点观察，每个时间点10只，分为2组，每组5只，编号为第1组(试验组)、第2组(对照组)，见表1。

表1 30只大鼠分组情况

1.2手术器械、材料准备：

动物实验常规手术器械(山东新华医疗器械股份有限公司)、陶瓷人工骨(骨诱导磷酸钙生物陶瓷，四川大学生物材料研究中心，见图1)、BMP制剂(上海普振生物制品公司，见图2)、牛纤维蛋白原(上海经科化学科技有限公司)，ALP试剂盒(上海普振生物制品公司)，Olympus AU800全自动生化分析机，常规消毒药品(75％酒精等)，常规***品(0.25％硫贲妥钠等)，青霉素等抗生素。

1.3复合物制备：

将BMP溶液、纤维蛋白原溶液、陶瓷人工骨放入玻璃容器，搅拌，充分混合后，置于37℃恒温箱中保温1小时，充分反应，即得陶瓷人工骨、骨形态发生蛋白及纤维蛋白复合物。

2.手术：

2.1在清洁实验室施行。

2.2麻醉：

大鼠用0.25％硫贲妥钠腹腔注射麻醉，待麻醉成功后，俯卧位，四肢固定于实验台上。

2.3手术过程：

将双腿剃毛，酒精消毒，切开股后肌群，分离出肌袋，按表1分别植入相应复合物，缝合各层，放入笼中饲养。

2.4术后处理：

每只大鼠每日肌注青霉素4万单位，连注3天，按1、2、4周3个时间点检测。

3.观察指标：

3.1大体标本肉眼观察植入物的大小、硬度、血管分布情况：

各组动物于相应时间点用脱臼法处死，观察并记录植入物的大小、硬度、血管分布情况。

3.2术后植入物组织学观察：

在设定的时间点处死动物，取出标本，每组5个标本用10％***中性液固定，常规脱钙、脱水、石蜡包埋，5μm连续切片，HE染色，光镜下观察。

3.3术后植入物碱性磷酸酶活性测定：

每组取5个标本，称量湿重，加入1ml生理盐水，用电动匀浆机进行匀浆，4000转、15分钟离心后去上清液，用ALP试剂盒在Olympus AU800全自动生化分析机上进行活性检测，其结果除以湿重，即得ALP含量(U/g)。

4.数据处理：

数据整理后采用SPSS12.0统计软件，配对t检验、卡方检验(χ2检验)分析方法进行统计分析。

实验结果

1.大体标本肉眼观察植入物的大小、硬度、血管分布情况：

大体标本肉眼观察，通过比较，设标本较大、硬度较好、血管分布较多为有效，标本相对较小、硬度差、血管分布较差为无效，对各组大体标本肉眼观察植入物的大小、硬度、血管分布结果数据进行进行整理并用SPSS12.0软件作卡方检验分析，结果表2，图1：

表2植入陶瓷人工骨、纤维蛋白和骨形态发生蛋白复合物(A)及陶瓷人工骨(B)

对植入物的大小、硬度、血管分布情况数据统计

注：P<0.05

可见：陶瓷人工骨、纤维蛋白和骨形态发生蛋白复合物植入组植入物的大小、硬度、血管分布均优于陶瓷人工骨植入组，两组比较有显著统计学差异(P＜0.05)。

2.术后植入物组织学观察：

光镜下标本组织学观察，第1周将有成骨细胞及软骨细胞较多增生设为有效，增生较少设为无效；第2周有软骨细胞及类骨质为有效，无软骨细胞为无效；第3周有骨细胞或成熟骨质为有效，无骨细胞为无效。

对各组标本组织学观察数据进行进行整理并用SPSS12.0软件作卡方检验分析分析，结果见表3，图2：

表3植入陶瓷人工骨、纤维蛋白和骨形态发生蛋白复合物(A)及陶瓷人工骨(A)对植入物的组织生长情况的影响的影响

注：P<0.05

可见：陶瓷人工骨、纤维蛋白和骨形态发生蛋白复合物植入组植入物的组织成骨情况优于陶瓷人工骨植入组，两组相比有统计学差异(P＜0.05)。

3、术后植入物碱性磷酸酶活性测定：

对各组标本碱性磷酸酶活性测定数据进行进行整理并用SPSS12.0软件作卡方检验分析分析，结果见表4，图3：

表4植入陶瓷人工骨、纤维蛋白和骨形态发生蛋白复合物(A)及陶瓷人工骨(A)对植入物的组织碱性磷酸酶活性的影响的影响(n＝10)

注(1)P<0.05

可见：陶瓷人工骨、纤维蛋白和骨形态发生蛋白复合物植入组植入物的碱性磷酸酶活性优于陶瓷人工骨植入组，两组比较有显著统计学差异(P＜0.05)。

陶瓷人工骨、纤维蛋白和骨形态发生蛋白复合物的骨诱导作用：

生物陶瓷人工骨是羟基磷灰石与磷酸三钙的复合材料。而羟基磷灰石与磷酸三钙是骨的主要矿物成份，具有优良的生物相空性能和临床应用价值。内外的深入研究表明：多孔陶瓷的孔径只有在大于100微米时，只能提供细胞在组织内生长增殖所需要的营养与代谢要求。因此孔径尺寸与形状(是否相通)直接影响材料的生物学特性，并存在着重要作用；同时，人骨结构与成分表明：人体骨既非完整磷石成分(Ca/P＝1.67),亦非磷酸钙(Ca/P＝1.50),而是介于两者之间的物质结构(Ca/P≈1.62)。基于上述发现和理论基础分析，陶瓷人工骨系人骨结构成分一致的羟基磷灰石和磷酸三钙构成的复合材料，经高温处理制成。陶瓷人工骨生物相容性:无刺激性，无过敏性，无溶血作用，组织反应为0级骨组织内生性。具有适应的组织内生条所需的孔径结构，有效地促进新骨组织与细胞、营养供应与血管在孔隙内生长。

骨形态发生蛋白(bone morphogenetic protein,BMP)是一种能够通过诱导成骨修复骨缺损的生物材料，是一类生长分化因子家族，作用具有浓度依赖性，与相应感受器结合会产生一系列骨形态发生蛋白反应基因的信号表达和转录，诱导***分化为骨或软骨。自1965年最早利用脱钙骨基质在肌肉内诱发异位成骨后，人们在纯化脱钙骨移植物活性成分的过程中发现了骨形态发生蛋白家族。此后，随着基因工程技术的广泛应用，骨诱导和BMP的研究日趋活跃，对其理化和生物学特性做了更深入的研究，BMP已证明是正常胚胎时期骨、牙组织内部骨和成年骨修复中最重要的诱导分化因子。这组蛋白质的发现，无论对基础生物学研究，还是对于临床应用都具有重要的价值。BMP是多效性调节因子，可对细胞趋化、***、分化、细胞外基质合成、维持细胞表型及凋亡等诸多方面发挥作用，控制着骨诱导瀑布反应的几个关键步骤。BMP具体起什么作用视依赖于其浓度的阈值剂量而定：BMP-3和重组BMP-4在小剂量(f mol范围)对人单核细胞有趋化作用，刺激有丝***的剂量为100pmol/L，启动分化的最适剂量为1～10mmol/L。BMP在诱导软骨成骨时，在骨形成的前先有软骨形成，因此各种BMP都是软骨生成蛋白(chondrogenic protein)。肢芽中胚层细胞的软骨形成就是由BMP-4启动的。关节软骨也呈现BMP样活性，现已分离出几种活性蛋白，并分别命名为软骨衍生形态蛋白1、2、3(CDMP1、2、3或GDF5、6、7)。大量实验研究已揭示BMP家族成员的分子结构和生物学特性。研究证实BMP是高效的骨诱导因子，大部分BMP都具有诱导软骨和骨分化的能力，可与问充质细胞发生作用，促进问充质细胞向成骨细胞分化。利用BMP的骨诱导作用，将其应用于骨折不愈合和骨缺损部位，可明显促进骨折愈合和骨修复。股骨头坏死时成骨细胞和骨细胞数量稀少，碱性磷酸酶和骨钙素水平明显低下，BMP基因的表达减弱。采用免疫组化和分子原位杂交方法发现，兔激素性股骨头缺血性坏死模型和人激素性股骨头缺血性坏死标本中BMP的表达明显减低；将这些病变骨中的成骨细胞分离后与BMP共同培养，12小时后即可发现碱性磷酸酶和骨钙素水平明显回升，提示病变骨的成骨细胞活性在BMP作用下具有可逆性。因此，将BMP植入股骨头坏死区域可诱导靶细胞分化为成骨细胞，促进成骨细胞***、增殖，增加新生骨量，从而加速骨坏死的修复。当骨又生植入体内后，在植入区局部发出基因调控信号诱导未分化间充质细胞聚集、增殖，并不可逆转的分化为软骨组织及成骨细胞而成骨，达到局部新骨组织修复重建的目的。在髓芯减压或植骨手术的同时将BMP植入到股骨头坏死区域，可诱导局部成骨，促进坏死骨修复。BMP能够诱导血管周围及***中的未分化间充质细胞向骨和软骨细胞方向分化，从而形成骨组织，但是它不能单独制成骨的形状，必须依靠其他支撑材料成型后才能使用。因此，应用骨形态发生蛋白修复骨缺损时，必须使用一种生物相容性好的载体，将骨形态发生蛋白吸附后再植入骨缺损区，目前所研究应用的载体主要有生物性陶瓷材料、生物自身组织材料、高分子聚合材料等等。

医用生物蛋白胶(纤维蛋白封闭剂)是从血液中提取相关成分(纤维蛋白原、ⅩⅢ因子、凝血酶等)，模拟人体凝血机制的最后阶段，最终形成乳白色凝胶物，从而在外科手术中发挥各种临床功能的一种高科技医用生物材料。医用生物蛋白胶由下列组份组成∶1.主体胶(纤维蛋白原浓缩液)及其溶解液；2.激化剂(凝血酶)及钙离子溶液；3.附件∶稀释及混合主体胶与激化剂的器械。研究表明纤维蛋白胶具有促进骨折愈合的功能。经过实验观察发现陶瓷人工骨、纤维蛋白和骨形态发生蛋白复合物有如下优势：

1、只需一次完成，不需二次修复。

2、对骨诱导效果明显优于其他材料。

3、成骨区其硬度和强度相似于自身骨。

4、术后不良反应、排异反应少。

以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1.陶瓷人工骨复合物对组织成骨的促进作用。

2.按照权利要求1所述陶瓷人工骨复合物对组织成骨的促进作用，其特征在于：所述陶瓷人工骨复合物为陶瓷人工骨、骨形态发生蛋白及纤维蛋白复合物。

3.按照权利要求2所述陶瓷人工骨复合物对组织成骨的促进作用，其特征在于：所述陶瓷人工骨、骨形态发生蛋白及纤维蛋白复合物对成骨的大小、硬度、血管分布有促进作用；对植入物的组织成骨有促进作用。