兔股骨髁骨缺损的临床实验一
来源：未知 |发布时间：2022-12-08 11:19|点击:次
骨缺损是骨科常见的病理现象，多出现于肿瘤切除、运动损伤和感染等疾病患者,可能对人体正常肌肉骨骼系统和心理造成严重损害，通常需要通过手术植骨对病灶进行修复!习。近年来骨修复相关研究取得了很大进展,但由于骨修复是一个复杂的过程,骨缺损真实形态和功能的重建仍然面临巨大的挑战。
较大体积骨缺损的修复是临床治疗的难点,也是目前骨组织工程研究的热点。自体骨被认为是替代骨的最佳材料,但是供骨来源有限，同时自体骨移植手术存在扩大创伤、增加感染的风险;同种异体骨需要经过灭菌和灭活后应用，虽然存在骨支架的解剖结构,但是失去了成骨诱导和骨生成作用，且存在免疫排斥和传播疾病的可能，同时受到其他经济和伦理方面等因素的影响,其应用也受到了一定限制贝。因此,研发一种结构和性能稳定、具有骨传导和骨诱导生成作用的骨修复材料对于临床骨缺损的修复有重要意义B9]。
B-磷酸三钙(Btrical-cium phosphate,BTCP)是一种新型骨填充材料，具有易于塑形、可诱导成骨、在体内降解、生物相容性好等优点,目前在临床骨修复治疗中已经得到应用，是一种较理想的骨修复替代材料[68。3D打印技术可以精准快速打印出所设计的具有复杂形态的个性化人工骨支架,其低温打印技术可以使用多种组织工程材料。
通过3D打印技术以BTCP为材料制备的仿生骨支架既具备必需的支撑强度，同时后期又不会妨碍新生组织的生长,使骨传导及时获得有效的血液供应。BTCP是3D打印人工骨支架的理想材料四0。本研究以BTCP为材料,采用3D打印技术制备仿生骨支架,观测其结构形态、孔隙率和力学强度，同时以动物实验检测其部分相关生物性能为3D打印BTCP仿生骨支架的临床用应提供理论支持。
资料与方法
一、主要材料、设备和实验动物
BTCP粉末(英国百赛公司,英国)、稀柠檬酸、磷酸氢二钾、氧化锌、二氧化硅(自备);JSM-5600LV扫描电镜(日本电子株式会社，日本);3D-BIOPLOTTER三维生物打印系统(EnvisionTEC公司,德国):新西兰大白兔(徐州医科大学动物中心，中国。
二、BTCP仿生骨支架的设计和制备
1.3D打印墨水的制备:在BTCP粉末中加入20 wt%柠檬酸以固液比1:0.35混合，调和至稀糊状,加入定量磷酸二氢钾、氧化锌、二氧化硅,搅拌均匀后,在37C、100%湿度环境中固化72 h备用。
2.BTCP仿生骨支架的制备:将通过显微CT扫描获得的新西兰大白兔股骨踝解剖结构影像参数导入计算机Mimics 15.01软件，应用GeomagiStudio 2013软件分割出股骨内部骨小梁的结构数据，最后采用系统默认的最优三维重建方式进行实验部骨骼内骨小梁仿真结构的三维重建。
以系统控制软件设计大体形态为直径8mm、长10mm圆柱体，内部为仿生骨小梁和孔隙构成,孔隙率(内部孔隙体积占总体积的百分比)为65%的支架构型，以STL格式输入3D打印机,调用200 um喷头，行走速度为100mm/min,制备BTCP仿生骨支架成品25枚,均采用y射线消毒处理。以随机数字表法对其中10枚BTCP仿生骨支架的大体形态、内部微观结构以及力学性能进行检测;另外15枚BTCP仿生骨支架备用于动物模型实验。
3.BTCP仿生骨支架大体型态的测量:使用游标卡尺测量实验制作的B-TCP仿生骨支架成品大体形态。分别对每个支架的高度和直径进行测量同一层面测量3次,通过获取每个支架指标平均值计算支架大体型态的相应平均值。
4.B-TCP仿生骨支架内部孔径形态及孔隙率的测定:通过数码相机和JSM-S600LV扫描电子显微镜对固化后的BTCP仿生骨支架的孔道结构进行观察。根据Geomagic Studio 2013软件设计的仿生骨支架的三维形态,可以直接使用计算机测算支架结构仿生骨小梁直径,以及连通孔道的内径和孔隙率,每个测量层面随机选取3个大孔和3个微孔进行测量,通过获取每个支架的对应平均值计算支架整体内部孔径形态及孔隙率的平均值。
5.BTCP仿生骨支架力学性能的检测:使用万能力学试验机(AG-2000A,岛津公司，日本)以载荷速度0.5mm/min、最大压力2000N对BTCP仿生骨支架的压缩强度进行测量。对10个平行样本进行静态压缩力学性能(压缩力学强度)测定,样品在37C磷酸盐缓冲液中浸泡36 h,压缩加载速度为0.1mm/min,温度为25C。
BTCP生物陶瓷是脆性材料,断裂即失效00,因此以最大拉应力理论作为其断裂准则。采用ANSYS 14.0有限元分析软件对数据进行分析,最大拉应力对应于第一主应力，将BTCP仿生骨支架的极限拉应力作为临界第一主应力进行有限元分析,根据压力-应力曲线获得数据，查文献获得泊松比为0.28。
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