生物玻璃和壳聚糖改性的多孔活性骨水泥体内实验研究

目的探讨新型多孔活性骨水泥(porous bioactive bone cement,PBC)在体内的生物力学特性,观察材料降解及新骨形成情况。方法将聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate,PMMA)粉末、生物玻璃粉末和壳聚糖颗粒按照不同质量百分比(W/W,%)比例配制成3种PBC:PBCⅠ(50︰40︰10)、PBCⅡ(40︰50︰10)和PBCⅢ(30︰60︰10)。32只10月龄新西兰大白兔,雌雄不限,体重4.0～4.5 kg;制备直径4 mm、深10 mm的双侧股骨髁部缺损模型。动物模型随机分为4组(n=8),分别于双侧缺损处植入单纯PMMA骨水泥(A组)、PBCⅠ(B组)、PBCⅡ(C组)和PBCⅢ(D组)。术后观察实验动物一般情况,1周时行膝关节正侧位X线片检查,3、6个月取标本行生物力学测试和Van-Gieson染色组织学观察;取未植入的对应骨水泥行生物力学测试,作为对照。结果实验动物均存活至实验完成。1周X线片检查示各组植入骨水泥位置良好。生物力学测试示,植入前及术后3、6个月,C、D组压缩强度和弹性模量均较A组明显下降(P<0.05);B组压缩强度及3、6个月弹性模量较A组明显下降(P<0.05);C、D组间差异无统计学意义(P>0.05)。植入前及术后3个月,C、D组两指标均较B组明显下降(P<0.05);6个月,C组压缩强度和D组弹性模量较B组明显下降(P<0.05)。与植入前相比,B、C、D组术后3、6个月两指标均显著下降(P<0.05),A组无显著变化(P>0.05)。组织学观察示,术后3个月,A组纤维结缔组织环绕在PMMA和骨组织之间;B、C、D组壳聚糖颗粒有不同程度降解,其中D组降解最明显;6个月,A组较前无明显变化;B、C、D组可见骨组织沿壳聚糖降解后形成的空隙向骨水泥内部生长,C、D组骨生长优于B组。定量分析显示,A、B、C、D组骨组织含量百分比呈逐渐上升趋势,且各组内术后6个月显著高于3个月。结论以PMMA粉末、生物玻璃粉末和壳聚糖颗粒按照质量百分比(W/W,%)40︰50︰10及30︰60︰10比例制备的PBC较单纯PMMA骨水泥具有更好的生物相容性及生物力学特性。