TCP复合纳米纤维膜的骨修复应用研究

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摘要：目的 探讨tcp复合纳米纤维膜的骨修复作用，为临床应用提供参考。方法 建立兔股骨缺损模型，制备聚乳酸（PLA）纳米纤维材料和TCP-PLA复合纳米纤维材料，并植入到骨缺损模型中，并在术后4w、12w行植入部位CT检查，观察骨缺损愈合情况。结果 随着时间的延长，TCP-PLA复合纳米纤维组新骨形成较多，差异显著有统计学意义（P0.05）。结论 TCP-PLA复合纳米纤维组可促进兔骨缺损修复，同时，新骨长入、组织形成，植入的复合材料降解、吸收、排出体外，显示出良好的组织相容性。

关键词：TCP；纳米纤维；骨修复

当前骨组织工程的支架材料主要是可生物陶瓷材料以及可降解的聚合物等。三钙磷酸盐（TCP）是生物陶瓷材料的一种，经典的快速可吸收材料。近年来支架材料在骨再生及骨组织工程研究中受到高度关注。其主要原因是当骨缺损处填充支架材料后，由于在骨愈合早期往往会被周围生长速度快于成骨细胞的结缔组织细胞提前长入缺损处，而使得骨填充材料被包裹，从而延缓骨愈合时间，影响骨修复质量。

1材料制备

采用静电纺丝法制备[2]成型PLA纳米纤维支架以及TCP-PLA复合纳米纤维支架。具体制作步骤如下：①取0.5gPLA-mPEG，溶入10 ml去离子水中，制成浓度为0.05 g/ml溶液，置于搅拌器搅拌均匀。②取0.1660 g氯化钙，溶入60 ml去离子水中，后加入1 ml①中所配溶液记为A溶液。取0.3548 g Na2HPO4・12H2O，溶入50 ml去离子水中，后加入1ml①中所配溶液记为B溶液。③将A、B溶液置于磁力搅拌器搅拌促进固体充分溶解，取10 ml氨水加入B溶，后将A溶液通过蠕动泵以20 ml/min加入B溶液，配制溶液过程中B溶液一直在搅拌器上搅拌。④将AB混合溶液，均匀分装入4支相同的离心管中离心，后水洗、无水酒精洗脱各2次，以丙酮保存。⑤重复上述实验步骤，得到一定量的ACP，取0.3 g ACP从丙酮溶液中分离出，然后加入2.5 mlTHF和2.5 mlDMF，混合，然后加入PLA固体0.3 g，磁力搅拌器搅拌12 h，使其充分溶解均匀，得ACP-PLA静电纺丝溶液。⑥备好静电纺丝装置。用10 ml无菌注射器抽取制好的ACP-PLA静电纺丝溶液，使用内径为0.2 mm的无菌不锈钢针头，装入WZS-50F6 型双道微量注射泵，以1 ml/h 的速度，高电压装置设为 15 kV，铝箔纸上覆盖无菌纱布，收集 ACP-PLA 复合纳米纤维，并做好标记。⑦取0.3 g PLA，加入2.5 ml THF和2.5 ml DMF，混合置于搅拌器搅拌均匀，得到纯PLA 静电纺丝液。 后同步骤⑥制备纯PLA静电纺丝纳米纤维材料，并做好标记。⑧将收集好的上述ACP-PLA复合纳米纤维和纯 PLA 静电纺丝纳米纤维材料，将成型支架用75%医用酒精浸泡24 h，消毒，使用前生理盐水冲洗，放入干燥机中干燥，一次性保鲜袋真空保存。

2实验方法

2.1实验动物 健康成年新西兰大白兔8只，体重在2.8～3.2 kg，均为雌性。

2.2实验分组 新西兰大白兔8只，根据支架材料不同，分为PLA组和TCP-PLA组，每组4只大白兔。

2.3 手术方法 以3%戊巴比妥钠30 mg/kg于大白兔耳源静脉处行静脉注射麻醉。取右侧卧位固定于手术台上，备皮股骨中下段及膝关节周围区域并消毒。在兔左大腿外侧做一切口，逐层分离显露出股骨下端，在股骨外踝处电钻钻孔，制作深约8 mm的缺损，操作过程中以生理盐水冲洗。将备好的支架材料植入骨缺损处，保持材料与骨皮质平面平整，缝合。术后应用3 d青霉素，观察术后伤口及进食情况。

2.4新生骨检测及骨量分析 在术后4w、12w行植入部位CT检查，观察骨缺损愈合情况。Micro-CT扫描分析新骨形成效果，计算新骨形成面积，扫描参数为分辨率27 μm，旋转角度360°，电压80 kv，电流80 μA。

2.5统计学分析 采用SPSS16.0统计学软件进行分析，计量资料以均数±标准差表示，采用t检验，P

3结果

所有实验动物无1例死亡，全部存活，伤口愈合良好，未见感染症状。在术后4 w、12 w分别行CT影像学检测，TCP-PLA复合纳米纤维组大白兔术后12 w骨缺损信号影明显较4 w增强，提示有骨组织形成；PLA复合纳米纤维组大白兔术后12 w与4 w的影像学信号强度变化不明显，仅可见部分增强影响，提示有少部分骨组织形成。定量分析，TCP-PLA复合纳米纤维组在术后4 w、12 w的骨密度分别为（464.72±17.25） mg/cm2、（680.22±21.10）mg/cm2，而PLA纳米纤维组为（325.02±12.40）mg/cm2、（340.22±13.44）mg/cm2，随着时间的延长，TCP-PLA复合纳米纤维组新骨形成较多，差异显著有统计学意义（P0.05）。

4讨论

骨组织工程研究中，支架材料的选择是重要的内容之一，有单纯支架材料亦有复合支架材料。TCP是近年发展较快的一种钙磷陶瓷，具有一定的力学强度和生物可降解性。TCP支架具有交通率较高的微孔，其诱导成骨及血管长入的生物活性较强。还可以根据待修复的形状预制成型，满足骨修复的形态修复。而复合支架材料顾名思义是由两种或更多种材料共同组成的，例如磷酸钙-高分子聚合物组成的复合材料。复合材料同时具有多种材料的有点，可以达到骨组织形成力学及生理上的更多需求，进而提高了复合材料的力学特性和生物活性[1-3]。

静电纺丝技术是利用高压电场力使聚合物溶液克服表面张力形成射流，在接收屏上形成纤维的一种技术。静电纺丝纳米纤维支架是利用静电纺丝技术制备的纳米纤维支架，是目前组织工程材料研究中的热点，受到众多专业人士的关注。静电纺丝纳米纤维支架类似与天然细胞外基质，可仿生天然细胞外基质，可构架三维结构支架材料，具有高孔隙率、高比表面积以及孔隙间互为连通的优势。静电纺丝纳米纤维支架用于组织修复，可以促进干细胞分化、骨细胞的浸润生长和骨组织形成，进而达到修复骨缺损。

本文通过静电纺丝制备TCP复合纳米纤维并研究其骨修复作用，结果提示在相同时间内TCP-PLA复合纳米纤维组骨组织形成明显多于PLA复合纳米纤维组，提示TCP-PLA纳米纤维应用到骨缺损中，效果更佳，促进新骨形成，利于骨修复。

参考文献：

[1]翟云敬.羟基磷灰石/纳米纤维素复合材料的制备及表征[D].天津大学，2010.

[2]谢江徽.静电纺丝法制备成型PLGA/β-TCP纳米纤维支架及其生物学性能研究[D].第四军医大学，2012.

[3]刘海洋.PAN基碳纳米纤维杂化复合材料及其生物特性研究[D].北京化工大学，2010.