《仿生BCP组织工程骨块重建股骨头骨缺损区的实验研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《仿生BCP组织工程骨块重建股骨头骨缺损区的实验研究（154页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、中国人民解放军军医进修学院博士学位论文仿生BCP组织工程骨块重建股骨头骨缺损区的实验研究姓名：彭江申请学位级别：博士专业：外科学（骨科）指导教师：卢世璧20050526军医进修学院博士论文英文缩略词英文缩略词A N F HA v a s e u l a rN e c r o s i so f t h eF e m o r a IH e a dA N F HA s e p t i cN e c r o s i so f t h eF e m o r a lH e a d3 D1 1 1 f e e d i m e n s i o n a lB C PB i p h a s i cC a l c
2、i u mP h o s p h a t eB SB o n eS u r f a c eB S B VB o n es u r f a c e ，B o n ev o l u m eB 、 H NB o n eV o l u m e H o t a lV o l u m eB V FB o n eV o l u m eF r a c t i o nF E AF i n i t e - e l e m e n tA n a l y s i sH AH y d r o x y a p a t i t eM i c r o - C TM i c r o - c o m p u t e dT o m
3、 o g r a p h ym i c r o F Em i c r o f i n i t ee l e m e n tM S C sM a r r o wS t r o m aC e l lO A0 s t e o a r t h r i t i sO N F H0 s t e o n e c r o s i so f t h eF e m o r a lH e a dS M IS t r u c t u r eM o d e lI n d e xT b NT r a b e c u l a rN n m b e tT b P fT r a b e c u l a rP a t t e r
4、 nF a c t o rT b S pT r a b e c u l a rS p a c i n gT b T hT r a b e c u l a rT h i c k n e s sB - T C P3 - t r i c a l c i u mp h o s p h a t e股骨头缺血性坏死股骨头无菌性坏死三维双相磷酸钙骨表面积骨面积比骨体积比骨体积分数有限元分析羟基磷灰石显微C T微有限元骨髓基质细胞骨性关节炎股骨头骨坏死结构模型指数骨小梁数目骨小梁模型因子骨小梁间隙骨小梁厚度磷酸三钙军医进修学院博士论文摘要摘要股骨头缺血性坏死( A v a s c u l a rn e c r
5、 o s i so ft h ef e m o r a lh e a d ，A N F H )是骨科临床上常见的一种难治性疾病，多见于中青年。尽管治疗A N F H 的方法很多，但仍有相当一部分病例疗效欠佳，股骨头继续塌陷，最终导致患髋功能丧失。随着组织工程技术的出现、发展和不断进步，以及生物力学研究的深入，为A N F H 的治疗带来契机。本研究依据生物力学的研究成果，从组织工程角度出发，利用仿生技术制备骨组织工程支架，在体外构建骨组织工程骨块，同时建立股骨头骨缺损模型，将构建的组织工程骨块植入骨缺损内，为组织工程技术重建股骨头骨缺损进行初步尝试和探索性实验研究。目的一、观察不同结构的松质骨
6、块填充股骨头负重区骨缺损后对股骨近段生物力学性能的影响；二、对犬股骨头和A N F H 松质骨样本的骨小梁结构进行三维重建分析，了解其在不同区域内的空间分布特征：三、利用计算机三维凝胶叠层系统制备出小梁结构具有一定取向性的仿生B C P 支架，并对B C P 支架进行评测；四、筛选种子细胞，在体外构建仿生B C P 骨组织工程骨块，通过动物实验确定组织工程骨块其重建股骨头骨缺损的可能性。材料和方法一、在股骨头主要负重区制备定制大小( 曲1 4 r a m 2 0 m m 、西2 0m m 2 0 m m 、2 0m m X3 0 m m ) 的骨缺损，模拟单腿站立相进行离体生物力学测试，观察骨
7、缺损程度对股骨近段整体刚度和股骨头颈结合部的应变变化值的影响；在庐2 0m m X3 0 , n m 骨缺损内分别进行异体股骨头骨块植入、异体股骨髁骨块植入和松质骨粒打压植入，观察不同骨块植入后列股骨近段力学性能的影I l I 自：通过有限元分析模拟的方法，重复上述过程，观察不同骨缺损以及填充不| 亓_ | 弹性模量的材料后对股骨头内的应力分布的影响；军医进修学院博士论文二、采用组织学切片的方法对犬股骨头松质骨样本的骨小梁结构进行三维重建和空间结构分析：采用新近出现的M i c r o - C T 对A N F H 样本进行检测，分区域对其小梁结构进行三维重建和评测；三、在犬股骨头松质骨样本二
8、维图像的基础上，利用计算机三维凝胶叠层系统制备出小梁结构具有一定取向性的仿生B C P 支架，利用M i c r o C T 对仿生B C P 支架的空间结构进行评测：通过细胞在支架表面的生长情况观察B C P支架的细胞相容性；四、选取M S C s 作为仿生B C P 支架的种子细胞，对其成骨功能进行鉴定，在体外构建仿生B C P 骨组织工程骨块：在犬股骨头主要负重区制备股骨头骨缺损，植入体外构建的骨组织工程骨块，通过动物实验和压凹试验观察组织工程骨块植入后的效果。结果一、股骨近段的整体刚度随着骨缺损体积的增大逐渐降低，对于三种不同程度的骨缺损，其刚度损失分别为5 5 6 、2 1 8 0
9、和2 6 3 0 ，股骨头下方头颈结合部的应变值也随缺损程度的增大而增加，增加幅度以庐2 0m m3 0 n m l 骨缺损的增幅最大。采用三种松质骨填充骨缺损后股骨近段的刚度恢复值程度分别为1 0 8 2 、4 3 3 和1 7 2 ，异体股骨头骨块植入后，胶骨头下方头颈结合部的应变值恢复程度最大。有限元分析结果表明，随着骨缺损程度的增大，股骨头内的应力分部呈现出与正常股骨头应力分布截然相反的趋势，结构性骨块植入后使这一现象得以纠正，松质骨粒植入不能从根本上缓解和改善股骨头表面的高应力状态。二、犬股骨头松质骨样本的空间结构随着距离上关节面的距离丌：同而呈现不同的变化，样本上半部分的标本的上半
10、部分与下半部分相比，骨小梁的B Y 7 F V 、B s B V 、T b T h 、T b N 、T b S p 、S M I 和T b I ) f 之f n j 存在差异，标本的上半部分骨质致密，B V T V 较大，而T b s p 较小，小梁结构也表现为板状模型。晚j 们股骨头骨坏死硬化区和塌陷区的骨小梁空问结构明显改变，硬化区的B V T vl 朔显增加，T b T h 明显增厚，T b s p 变窄，T b N 和T h P f 增加5 M I1 j l I i 常区域的骨小梁没有差别：而塌陷区的骨B Y T V 明显减少，盼B V增人l b S p 增大，塌陷区的T b T h
11、改变刁i 明显。军医进修学院博士论文摘要三、依照犬股骨头松质骨样本的二维图像，调整浆料配方和加工工艺，利用三维凝胶叠层系统制备的仿生B C P 支架，孔隙率为6 8 7 7 4 7 ，与犬股骨头松质骨样本具有类似的B V T V 、T b T h 、T b N 和T b P f ，在结构上更呈现板状模型，小梁厚度分布均匀，孔隙分布与松质骨样本的孔隙分布类似。支架具有一定的取向性，支架轴向方向上的弹性模量和强度分别为4 6 4 3 6 0 3 M P a 和5 6 2 0 7 8 M P a ，细胞在支架小粱表面大量生长。四、筛选M S C s 作为仿生B C P 支架的种子细胞，具有取材简便，
12、能在短时间内大量扩增，诱导后具有成骨潜能等特性，与仿生B C P 支架复合后，植入犬股骨头骨缺损内3 0 周，股骨头外形基本保持完整，新生骨质包绕支架小梁，支架与周围骨质整合良好，强度达到正常股骨头松质骨的强度。松质骨打压植骨植入股骨头骨缺损3 0 周后，股骨头均发生不同程度的塌陷，股骨头负重区的强度显著低于正常股骨头。结论一、对于股骨头负重区的骨缺损，要想使股骨头的内部应力恢复至正常，必需对骨缺损进行结构性植骨，并尽快实现与周围骨质的整合，植入材料的弹性模量应该与受区的弹性模量接近；二、犬股骨头松质骨样本的空间结构随着部位的不同而呈现不同特征，可能与局部的应力分布有适应关系；骨坏死样本的骨小
13、梁空问结构发生明显的区域性变化；三、制备的多孔取向性仿生B C P 支架具有与犬股骨头松质骨样本类似的空间结构和良好的细胞相容性，具有一定的初始力学强度，轴向弹性模量与松质骨样本接近；四、仿生B C P 支架复合M S C s 植入犬股骨头骨缺损后，能够在一定程度上防止了股骨头的塌陷，恢复股骨头的力学强度。军医进修学院博士论文摘要R e c o n s t r u c t i o no fB o n eD e f e e ti nt h e F e m o r a lH e a db yU s i n gB i o m i m e t i cB C PT i s s u eE n g i n
14、e e r i n gB o n e ：A nE x p e r i m e n t a lS t u d yA v a s c u l a rn e c r o s i so ft h ef e m o r a lh e a d ( A N F H ) i sar e f r a c t o r yd i s e a s et h a tm a yp r o g r e s st oc o l l a p s eo ft h es u b c h o n d r a la n da r t i c u l a rc a r t i l a g eo ft h ej o i n t D e s
15、 p i t eb e s te f f o r t s ，t h e r es t i l lh a v en o ta ne f f e c t i v em e t h o dt of u l l yp r e v e n tc o l l a p s eo ft h ef e m o r a lh e a di nm a n yp a t i e n t s 、聃t ht h ed e v e l o p m e n to ft i s s u ee n g i n e e r i n ga n db i o m e c h a n i c s ，w eh a v eac h a n
16、c et ot r e a tt h ed i s e a s ew i t ht h e s et e c h n i q u e s Ap r i m a r ya n de x p l o r a t o r ye x p e r i m e n to ff e m o r a lh e a d Sb o n ed e f e c ti nd o g sr e c o n s t r u c t e dw i t ht i s s u ee n g i n e e r i n gt e c h n i q u eW a sp e r f o r m e di no u rs t u d y A tf i r s t ，w ef a b r i c a t e db i o m i m e t i cs c a f f o l d sa n dc o n s t r u c t e dt i s s u ee n g i n e e r i n gb o
