论文部分内容阅读
目的:探讨应用3D打印技术,制备含生物活性玻璃（biological activity glass,BAG）、半水硫酸钙（CaSO4·0.5H2O）的聚乳酸（polylactic acid,PLA）复合材料可降解的人工骨支架,并对其进行体内外实验,验证其三维立体结构、生物力学特性、降解能力、生物相容性、成骨能力等特性,验证其用于骨缺损替代修复的可行性。研究方法:利用3D打印技术按照最优材料比例制备出尺寸为3mm×10mm×15mm的长方体多孔支架,实验组为A载有生物活性玻璃、半水硫酸钙的聚乳酸复合材料人工骨支架组,其质量配比为PLA:CaSO4·0.5H2O:BAG=5:2:1;对照组B不载有生物活性玻璃、半水硫酸钙的聚乳酸对照支架组及空白对照组。对不同材料构建的两组支架进行支架制备、生物力学、支架的孔隙率、体外降解、生物相容性及动物体内骨缺损修复成骨性能的研究,并与空白对照组对比。结果:3D打印机数控系统运行由计算机辅助设计（computer aided design,CAD）软件绘制的支架三维图像建模生成的数字模型文件,逐层打印出3mm×10mm×15mm的支架。应用万能材料试验机测定两组支架得最大可承受强度分别为A载有生物活性玻璃、半水硫酸钙的聚乳酸复合材料人工骨支架组（65.11±1.97）MPa;B不载生物活性玻璃、半水硫酸钙的聚乳酸对照组（78.09±2.86）MPa。此两组材料的最大载荷、最大承受强度与人类骨组织相接近。用重量体积法测定支架孔隙率实验组为（64.76±1.55）%,对照组为（64.06±1.54）%,两组支架孔隙率无统计学差异（P>0.05）。通过支架在模拟体液（simulated body fluid,SBF）中的质量变化测定两组支架降解速度:4w时,A组（9.91±0.47）%,B组（8.24±0.55）%;8w时,A组（21.20±0.92）%,B组（17.66±1.29）%;12w时,A组（33.64±0.94）%,B组（29.10±1.20）%,A、B组降解速度具有统计学差异（P<0.05）。支架材料生物相容性研究:对支架材料进行CCK-8法测定支架材料的体外细胞毒性示实验组和对照组毒性分级均为1级。两组不同材料支架植入健康成年新西兰大白兔胫骨和空白对照组术后4周时血常规、生化指标与正常实验动物比较,无统计学差异（P>0.05）;肝、脾、肾病理切片显示正常。术后20w时,骨密度检查显示实验组A优于对照组B,实验组和对照组均优于空白对照组,结果均具有统计学差异（P<0.05）。术后4w,12w,20w对术区骨缺损处行钼靶X线检查及能谱CT（gemstone spectral imaging,GSI）扫描观察示,随时间推移,支架材料逐渐降解,缺损处新生骨组织及含骨矿质钙盐组织逐渐增多,替代人工骨支架材料。能谱CT物质测量系统测得,20w时,不同组骨矿质钙盐密度:20w时,A组建模侧与B组建模侧比较,差异具有统计学意义（P<0.05）;A组建模侧、B组建模侧分别与空白对照组建模侧比较,差异具有统计学意义（P<0.05）。术后20w骨组织病理切片示实验组和对照组支架随着时间进展,支架材料逐渐缓慢降解,内部骨组织长入良好。结论:应用3D打印技术,制备含生物活性玻璃-半水硫酸钙的聚乳酸复合材料人工骨支架,具有良好的三维立体结构、生物力学特性、生物相容性、降解性能、成骨能力等特性,为骨缺损修复材料的优化改良提供新的选择。