新型有序纳米介孔生物活性玻璃对骨质疏松性骨缺损的治疗作用

新型有序纳米介孔生物活性玻璃对骨质疏松性骨缺损的治疗作用

随着人口老龄化，骨折的发病率逐年增加。生物活性玻璃（bg）和其他骨移植材料的成骨能力逐渐成为研究的重点。本研究建立了骨质疏松动物模型并造成其包裹性骨缺损,然后充填新型有序纳米介孔生物活性玻璃(mesoporousbioactiveglass,MBG),再定期监测其周围骨组织骨密度(bonemineraldensity,BMD)及X线片的变化,以此评估MBG的成骨能力。1数据和方法1.1实验动物性别MBG由复旦大学化学系无机材料合成实验室多孔材料课题组研制并提供;健康成年新西兰兔(复旦大学医学院动物实验中心提供)20只,雌雄各半,体质量(2.6±0.3)kg;双能BMD测量仪由复旦大学附属华山医院骨密度室提供,美国Hologic公司生产(DiscoveryWi型),其最大感兴趣区35cm×49cm。1.2实验方法1.2.1双膝关节骨髓细胞bmd的测定20只新西兰兔适应性饲养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,固定范围为左足至左侧股骨上段,在石膏固定后即刻(T0)、2周(T1)、4周(T2)和6周(T3)时,用定点法监测双膝股骨髁和胫骨平台特定区域的BMD值,以确认模型的建立情况。1.2.2两组患者治疗石膏固定6周后,将新西兰兔按照随机数字表法分成MBG组和对照组,每组10只。两组均采用1%戊巴比妥钠腹腔注射麻醉(3mL/kg),股骨髁中央用骨科电钻制造直径为5mm的包裹性骨缺损。MBG组充填MBG材料,对照组不做任何治疗。两组均连续3d肌内注射青霉素40万U;切口闭合后继续石膏固定4周。1.2.3测定边界及方法新西兰兔麻醉后取下石膏,统一姿势(俯卧位,双后肢外展20度,足趾垂直向下)进行图像扫描和数据分析:股骨髁以股骨内外髁关节面为下边界,以股骨内外髁上缘连线为上边界,以股骨内外髁骨轮廓为左右边界;胫骨平台以胫骨平台关节面为上边界,以腓骨头骨骺线为下边界,以胫骨平台骨轮廓为左右边界,见图1;计算3次BMD值,取平均值。分别由专人在相同机器上调整新西兰兔体位、进行图像扫描及数据分析,以减少误差。BMD测定结束后继续石膏固定。采用共用定点法监测T0、T1、T2、T3以及骨缺损术后即刻(T4)、2周(T5)、4周(T6)、6周(T7)、8周(T8)、10周(T9)和12周(T10)时双后肢股骨髁和胫骨平台特定区域的BMD值。1.2.4x线摄影1.3统计学处理方法采用SPSS17.0软件进行统计学分析,计量数据采用ue0af±s表示,组内数值比较采用配对t检验,组间数值比较采用单因素方差分析,P<0.05为差异有统计学意义。2结果2.1小鼠骨髓平台bmd变化石膏固定后(T0~T3)左股骨髁和胫骨平台BMD值进行性下降,T3时分别下降0.080g/cm2和0.075g/cm2,较T0分别下降21.3%和20.7%;右股骨髁和胫骨平台BMD值在T1时上升,T2和T3时略有下降,T3时分别下降0.014g/cm2和0.008g/cm2,较T0分别下降3.8%和2.2%。骨缺损术后(T4~T10)左股骨髁BMD值在T4~T6进行性下降,T7~T10进行性上升,对照组较MBG组下降幅度大,上升幅度小,各时间点BMD值均有明显差异(P<0.01);左胫骨平台BMD值T4~T6进行性下降,T7~T10进行性上升,但幅度低于左股骨髁,MBG组与对照组之间差异无统计学意义(P>0.01);右股骨髁和右胫骨平台BMD值一直较为稳定。见表1。2.2由表面粗糙度所组成的股骨T7和T10时MBG组股骨髁中央的不规则高密度影与周围松质骨骨质边界逐渐模糊,股骨髁大体形态完好;对照组股骨髁骨量和骨强度严重下降,X线片表现为股骨髁结构性塌陷变形。见图2。3废用性骨髓松茸mbg的影响BG是近年来发展起来的人工合成的钙磷骨替代修复材料,应用方便,具有良好的生物相容性、安全性、生物活性和降解性。MBG是复旦大学化学系无机材料合成实验室严晓霞等研制成的新型有序纳米介孔BG。与传统型BG不同的是,MBG组分中不含钠,二氧化硅摩尔比为80%;具有均匀的纳米级的介孔结构及较高的比表面积。前期研究证实,MBG作为骨组织修复替代材料具有较高的研究和应用价值。按照骨量丢失百分率诊断法,本研究成功建立了新西兰兔的废用性骨质疏松模型。BMD测定是目前评估骨量的金标准。监测T4~T10时新西兰兔双膝BMD值发现:(1)左股骨髁和胫骨平台BMD值在骨缺损术后T4~T6呈进行性下降;石膏拆除后T6~T10呈进行性上升,这提示石膏固定对BMD有重要影响。有研究认为,肢体制动废用4~8周会导致骨量迅速丢失,形成可逆性废用性骨质疏松,这和本研究结果相符;(2)MBG随血液弥散充盈松质骨间隙,通过其良好的介导成骨和诱导成骨能力,可有效诱导新骨形成,增加周围骨组织的BMD,MBG特征性的快速成骨作用需4周时间。本研究中MBG组左股骨髁BMD值在T4~T10时均明显高于同时间点对照组,差值有扩大趋势;MBG组左胫骨平台与对照组BMD值比较差异无统计学意义;(3)右股骨髁和右胫骨平台BMD值在本研究过程中一直较为稳定,这提示MBG只是局部发挥作用;(4)T7和T10时,MBG组股骨髁中央出现不规则高密度影,与周围松质骨骨质边界逐渐模糊,股骨髁大体形态完好,这表明MBG降解速度大致与骨缺损愈合相匹配,股骨髁整体区域骨强度一直维持于较