沸石分子筛涂层对泡沫碳化硅内骨形成影响的形态学研究

来源 :中国医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yuan_kai
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目的:   中国科学院金属研究所采用“高分子热解结合可控熔渗反应烧结方法”制备的仿生泡沫碳化硅材料,具有作为大段骨缺损修复或多孔种植体材料应用前景。前期实验已证实这种材料具有良好的生物相容性和骨传导性,且远期的修复效果与羟基磷灰石相当。本实验通过将两种沸石分子筛涂层处理的泡沫碳化硅,即ZSM-5沸石/泡沫碳化硅和Silicalite-1沸石/泡沫碳化硅种植体植入兔体内,从形态学角度评价沸石分子筛涂层对骨组织长入情况的影响,并探讨它们作为具有一定生物活性的骨缺损修复或骨植入材料的可行性。   方法:   1、材料的制备;   采用高分子热解结合可控熔渗反应烧结方法制备泡沫碳化硅,实验组采用水热合成的方法分别在泡沫碳化硅表面原位合成ZSM-5或Silicalite-1沸石分子筛;对照组的泡沫碳化硅表面进行碱处理。   2、手术植入及荧光标记;   取日本大耳白兔,称重麻醉后侧卧位固定,术区消毒,下颌骨外侧切口,分离至骨面,钻孔修形后植入一颗材料,冲洗关闭创口。转入股骨区手术植入两颗相同材料,用相同的方法在对侧下颌骨和股骨植入另一种材料。处死前按预定程序肌肉注射钙黄绿素和二甲酚橙荧光剂用以标记新生骨组织。   3、硬组织切片的制作;   分别于4、6、8和12周处死兔子取材固定后经脱水、浸润、包埋制成塑料包埋组织块并切片。   4、组织形态学观察;   固定完成后的标本沿植入体长轴中央一分为二,直接在体式显微镜观察截面;将硬组织切片封片后直接在荧光显微镜下观察荧光标记情况;组织切片经甲苯胺蓝染色后在光学显微镜下观察材料内骨生长情况。   5、骨组织形态计量学分析;   将所有荧光显微镜和光学显微镜下的图像用Metamorph Imaging System V4.5图像分析软件对材料范围内荧光标记面积和材料范围内骨组织面积进行测量,计算荧光标记百分比和有效成骨面积百分比。   结果:   1、体式显微镜观测;   碳化硅材料与骨组织结合稳固无移位;4周时植入体骨结合部位有新骨形成并长入SiC材料孔隙内,6周时SiC孔隙内骨组织长入量增加,材料周围新生骨组织与陈旧骨界限模糊;8周和12周组SiC孔隙内骨组织包绕SiC;股骨植入体内骨组织的长入情况较下颌骨内的好,但仅与皮质骨接触部位有新骨形成,骨髓腔内SiC孔隙内无骨组织形成。   2、组织形态学观察;   荧光标记面积随观察时间的延长,逐渐减低。3周时荧光标记部位集中骨组织与SiC植入体结合部,4周时SiC植入体孔隙内荧光量增加,6周时孔隙内出现集中,10周荧光标记物少量散在于植入体孔隙;二甲酚橙的红色荧光与钙黄绿素绿色荧光相比更靠近SiC材料;股骨荧光标记物仅局限在于皮质骨结合部SiC材料周围,髓腔内未见荧光标记。切片甲苯胺蓝染色后的光学显微镜观察见SiC材料孔隙内骨长入量随时间推移逐渐增加;4周时陈旧骨与SiC植入体之间有大量的新骨形成延伸长入SiC孔隙内,与陈旧骨组织间的界限清楚,结构疏松;6周时SiC材料孔隙内新生骨组织增加连成片状,髓腔孔隙减小;8周组和12周新生骨继续增加,结构更趋成熟;下颌骨SiC植入体孔隙内新生骨组织呈疏松梁状结构,而股骨SiC植入体孔隙内的新生骨组织为排列致密密质骨结构充满植入体孔隙;髓腔内的SiC材料周围基本无骨组织。   3、骨组织形态计量学分析;   荧光标记面积百分随植入时间的延长减低;碱处理组在6周时标记面积百分比下降较小,保持与4周时接近的水平。各处理组间的比较在4周组的差异有统计学意义,沸石分子筛涂层的实验组高于碱处理的对照组,而两种沸石分子筛处理组间的差异无统计学意义。有效成骨面积百分比在股骨随植入时间的延长数值增加,但在下颌骨8周时数值最高,12周时有所降低;各处理组间比较在4周时的差异有统计学意义:沸石分子筛涂层的实验组高碱处理的对照组,而两种沸石分子筛处理组间的差异无统计学意义。   结论:   1、与碱处理的泡沫碳化硅相比,沸石原位合成涂层处理可增加泡沫碳化硅孔隙内的早期成骨速率和成骨量,但对于晚期成骨作用的差异不明显。   2、泡沫碳化硅表面ZSM-5沸石涂层与Silicalite-1沸石涂层处理后骨形成能力无显著差异。   3、ZSM-5/泡沫碳化硅、Silicalite-1/泡沫碳化硅和碱处理泡沫碳化硅材料内均有骨组织长入,在应力刺激条件下,随时间的延长骨量增加。   4、ZSM-5/泡沫碳化硅和Silicalite-1/泡沫碳化硅这2种材料内形成状况良好,具备成为新型骨缺损修复或骨植入材料的可能。
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