研究背景:骨缺损通常由创伤、炎症感染、肿瘤等疾病引起,治疗的方法主要有自体骨、异体骨移植和骨组织工程技术等治疗手段。但都存在相应的并发症,限制了它们的应用。自体骨移植的来源有限、会增加病人的手术创伤;异体骨移植会传播疾病和发生排斥反应;利用骨组织工程技术制造新生骨用来修复骨缺损是近年来的一大热点,但传统的骨组织工程技术主要通过生物反应器将种子细胞、生长因子、支架材料在体外培养构建新生骨。构建的新生骨由于不具备正常骨组织的血管和组织结构,植入机体后容易导致骨缺损修复不全或失败。越来越多的科研工作者和临床医生将目光转向体内骨组织工程技术,体内骨组织工程利用机体自身促骨再生能力构建新生骨,用于骨缺损的修复。但目前的体内骨组织工程构建方法仍然较为繁琐,通常需要额外应用种子细胞和生长因子,无法高效、便捷的构建组织工程骨。因此,如何利用合适的构建方法,如何寻找合适的解剖部位简单、高效的构建出体内组织工程骨是当今骨组织工程急需解决的一大难题。目的:通过骨组织工程的原理在新西兰大白兔体内构建出两种不同的新型体内生物反应器模型:多功能体内骨发生器。并对两种多功能体内骨发生器的新骨形成能力及支架材料降解情况进行比较,选择一种最优的多功能体内骨发生器,为其进一步应用于临床大段骨缺损的修复打下基础。方法:1.多功能体内骨发生器的多孔壳式接骨板的制备:通过CAD设计多功能体内骨发生器的多孔壳式接骨板的三维数据,如孔径大小、孔间距、长度等数据,利用3D打印机制备钛合金(Ti6Al4V)的多孔壳式接骨板。2.选取成年新西兰大白兔36只,体重3±0.5公斤,均为雌性,随机分为A组和B组。每组设4周、8周、12周3个观察时间节点,每个时间点随机分配6只新西兰大白兔。在新西兰大白兔的右侧股骨外侧作一长约4cm的平行股骨长轴切口,钝性分离肌肉,暴露股骨,A组实验兔采用直径为1mm的医用电钻制造2个贯穿股骨干的圆形缺损,间距为5mm。B组实验兔单纯的在股骨膜上作一长为7mm的切口,稍稍掀开骨膜。利用医用钢丝将钛合金多孔壳式接骨板固定在股骨干周围,多孔壳式接骨板与股骨干之间的空隙填充直径为1.0mm-2.5mm的多孔β-磷酸三钙(β-TCP)颗粒。观察时间节点为术后的4周、8周、12周。检测方法主要为:大体形态观察、X线检测、荧光双标、Micro-CT和组织病理学染色检测。结果:(1)术后有一只新西兰大白兔由于麻醉剂反应死亡,补做一只作为补充。其余所有新西兰大白兔均未出现明显的炎症反应,切口愈合良好。术后的X线结果显示多功能体内骨发生器牢固固定在股骨周围。(2)标本大体观察可见纤维组织包裹多功能体内骨发生器,并通过多功能体内骨发生器表面的微孔向内长入,未见明显的材料漏出。(3)影像学结果:Micro-CT通过定量的分析多功能体内骨发生器的新骨形成发现,随着时间的增加,两组的新生骨量均增加,但A组在8周、12周的新生骨量较B组多,且差异有统计学意义(P<0.05)。材料降解方面,在4周和8周时两组材料降解无明显差异,在12周时A组的残余材料量较B组少(P<0.05)。(4)组织学结果:荧光双标结果示钙盐沉积首先发生在靠近股骨干处,并向多孔壳式接骨板处延伸,在12周时,A组的钙盐沉积速率要高于B组(P<0.05)。Von-Gieson染色(VG染色)显示,A组和B组在4周时多功能体内骨发生器的新生骨主要围绕在股骨干周围生长,靠近多孔壳式接骨板处有大量的纤维结缔组织生成,随着时间的推移,新生骨逐渐向多孔壳式接骨板处生长,纤维结缔组织逐渐减少。在12周时,A组可见新生骨长满整个多功能体内骨发生器,无纤维结缔组织生长,新生骨量较同时期的B组多(P<0.05)。结论:本实验设计的两种基于直径为1mm-2.5mm的β-磷酸三钙颗粒的多功能体内骨发生器能够利用机体自身的有利环境制造出新生骨,且不需要额外的应用干细胞和生长因子等物质。通过股骨干制造贯穿型缺损构建的多功能体内骨发生器较单纯掀开股骨骨膜构建的多功能体内骨发生器具有更好的骨诱导和骨传导能力,更有利于新骨形成。