新型有序納米介孔生物活性玻璃對(duì)骨質(zhì)疏松性骨缺損的治療作用

隨著人口老齡化，骨折的發(fā)病率逐年增加。生物活性玻璃（bg）和其他骨移植材料的成骨能力逐漸成為研究的重點(diǎn)。本研究建立了骨質(zhì)疏松動(dòng)物模型并造成其包裹性骨缺損,然后充填新型有序納米介孔生物活性玻璃(mesoporousbioactiveglass,MBG),再定期監(jiān)測(cè)其周圍骨組織骨密度(bonemineraldensity,BMD)及X線片的變化,以此評(píng)估MBG的成骨能力。1數(shù)據(jù)和方法1.1實(shí)驗(yàn)動(dòng)物性別MBG由復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系無(wú)機(jī)材料合成實(shí)驗(yàn)室多孔材料課題組研制并提供;健康成年新西蘭兔(復(fù)旦大學(xué)醫(yī)學(xué)院動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心提供)20只,雌雄各半,體質(zhì)量(2.6±0.3)kg;雙能BMD測(cè)量?jī)x由復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院骨密度室提供,美國(guó)Hologic公司生產(chǎn)(DiscoveryWi型),其最大感興趣區(qū)35cm×49cm。1.2實(shí)驗(yàn)方法1.2.1雙膝關(guān)節(jié)骨髓細(xì)胞bmd的測(cè)定20只新西蘭兔適應(yīng)性飼養(yǎng)1周后,用高分子石膏管型于屈膝10度、左踝中立位固定6周,固定范圍為左足至左側(cè)股骨上段,在石膏固定后即刻(T0)、2周(T1)、4周(T2)和6周(T3)時(shí),用定點(diǎn)法監(jiān)測(cè)雙膝股骨髁和脛骨平臺(tái)特定區(qū)域的BMD值,以確認(rèn)模型的建立情況。1.2.2兩組患者治療石膏固定6周后,將新西蘭兔按照隨機(jī)數(shù)字表法分成MBG組和對(duì)照組,每組10只。兩組均采用1%戊巴比妥鈉腹腔注射麻醉(3mL/kg),股骨髁中央用骨科電鉆制造直徑為5mm的包裹性骨缺損。MBG組充填MBG材料,對(duì)照組不做任何治療。兩組均連續(xù)3d肌內(nèi)注射青霉素40萬(wàn)U;切口閉合后繼續(xù)石膏固定4周。1.2.3測(cè)定邊界及方法新西蘭兔麻醉后取下石膏,統(tǒng)一姿勢(shì)(俯臥位,雙后肢外展20度,足趾垂直向下)進(jìn)行圖像掃描和數(shù)據(jù)分析:股骨髁以股骨內(nèi)外髁關(guān)節(jié)面為下邊界,以股骨內(nèi)外髁上緣連線為上邊界,以股骨內(nèi)外髁骨輪廓為左右邊界;脛骨平臺(tái)以脛骨平臺(tái)關(guān)節(jié)面為上邊界,以腓骨頭骨骺線為下邊界,以脛骨平臺(tái)骨輪廓為左右邊界,見(jiàn)圖1;計(jì)算3次BMD值,取平均值。分別由專人在相同機(jī)器上調(diào)整新西蘭兔體位、進(jìn)行圖像掃描及數(shù)據(jù)分析,以減少誤差。BMD測(cè)定結(jié)束后繼續(xù)石膏固定。采用共用定點(diǎn)法監(jiān)測(cè)T0、T1、T2、T3以及骨缺損術(shù)后即刻(T4)、2周(T5)、4周(T6)、6周(T7)、8周(T8)、10周(T9)和12周(T10)時(shí)雙后肢股骨髁和脛骨平臺(tái)特定區(qū)域的BMD值。1.2.4x線攝影1.3統(tǒng)計(jì)學(xué)處理方法采用SPSS17.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析,計(jì)量數(shù)據(jù)采用ue0af±s表示,組內(nèi)數(shù)值比較采用配對(duì)t檢驗(yàn),組間數(shù)值比較采用單因素方差分析,P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。2結(jié)果2.1小鼠骨髓平臺(tái)bmd變化石膏固定后(T0~T3)左股骨髁和脛骨平臺(tái)BMD值進(jìn)行性下降,T3時(shí)分別下降0.080g/cm2和0.075g/cm2,較T0分別下降21.3%和20.7%;右股骨髁和脛骨平臺(tái)BMD值在T1時(shí)上升,T2和T3時(shí)略有下降,T3時(shí)分別下降0.014g/cm2和0.008g/cm2,較T0分別下降3.8%和2.2%。骨缺損術(shù)后(T4~T10)左股骨髁BMD值在T4~T6進(jìn)行性下降,T7~T10進(jìn)行性上升,對(duì)照組較MBG組下降幅度大,上升幅度小,各時(shí)間點(diǎn)BMD值均有明顯差異(P<0.01);左脛骨平臺(tái)BMD值T4~T6進(jìn)行性下降,T7~T10進(jìn)行性上升,但幅度低于左股骨髁,MBG組與對(duì)照組之間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.01);右股骨髁和右脛骨平臺(tái)BMD值一直較為穩(wěn)定。見(jiàn)表1。2.2由表面粗糙度所組成的股骨T7和T10時(shí)MBG組股骨髁中央的不規(guī)則高密度影與周圍松質(zhì)骨骨質(zhì)邊界逐漸模糊,股骨髁大體形態(tài)完好;對(duì)照組股骨髁骨量和骨強(qiáng)度嚴(yán)重下降,X線片表現(xiàn)為股骨髁結(jié)構(gòu)性塌陷變形。見(jiàn)圖2。3廢用性骨髓松茸mbg的影響B(tài)G是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的人工合成的鈣磷骨替代修復(fù)材料,應(yīng)用方便,具有良好的生物相容性、安全性、生物活性和降解性。MBG是復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系無(wú)機(jī)材料合成實(shí)驗(yàn)室嚴(yán)曉霞等研制成的新型有序納米介孔BG。與傳統(tǒng)型BG不同的是,MBG組分中不含鈉,二氧化硅摩爾比為80%;具有均勻的納米級(jí)的介孔結(jié)構(gòu)及較高的比表面積。前期研究證實(shí),MBG作為骨組織修復(fù)替代材料具有較高的研究和應(yīng)用價(jià)值。按照骨量丟失百分率診斷法,本研究成功建立了新西蘭兔的廢用性骨質(zhì)疏松模型。BMD測(cè)定是目前評(píng)估骨量的金標(biāo)準(zhǔn)。監(jiān)測(cè)T4~T10時(shí)新西蘭兔雙膝BMD值發(fā)現(xiàn):(1)左股骨髁和脛骨平臺(tái)BMD值在骨缺損術(shù)后T4~T6呈進(jìn)行性下降;石膏拆除后T6~T10呈進(jìn)行性上升,這提示石膏固定對(duì)BMD有重要影響。有研究認(rèn)為,肢體制動(dòng)廢用4~8周會(huì)導(dǎo)致骨量迅速丟失,形成可逆性廢用性骨質(zhì)疏松,這和本研究結(jié)果相符;(2)MBG隨血液彌散充盈松質(zhì)骨間隙,通過(guò)其良好的介導(dǎo)成骨和誘導(dǎo)成骨能力,可有效誘導(dǎo)新骨形成,增加周圍骨組織的BMD,MBG特征性的快速成骨作用需4周時(shí)間。本研究中MBG組左股骨髁BMD值在T4~T10時(shí)均明顯高于同時(shí)間點(diǎn)對(duì)照組,差值有擴(kuò)大趨勢(shì);MBG組左脛骨平臺(tái)與對(duì)照組BMD值比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義;(3)右股骨髁和右脛骨平臺(tái)BMD值在本研究過(guò)程中一直較為穩(wěn)定,這提示MBG只是局部發(fā)揮作用;(4)T7和T10時(shí),MBG組股骨髁中央出現(xiàn)不規(guī)則高密度影,與周圍松質(zhì)骨骨質(zhì)邊界逐漸模糊,股骨髁大體形態(tài)完好,這表明MBG降解速度大致與骨缺損愈合相匹配,股骨髁整體區(qū)域骨強(qiáng)度一直維持于較