组织工程化纳米羟基磷灰石／聚己内酯人工骨支架修复兔桡骨大段骨缺损的实验研究

目的：用选择性激光烧结（SLS）技术构建纳米羟基磷灰石（Nano-HA）／聚己内酯（PCL）人工骨支架，观察其微观结构，与转基因种子细胞相复合构建出组织工程化 Nano-HA ／PCL 人工骨支架，观察其修复兔桡骨大段骨缺损的效果。方法配置 Nano-HA 质量分数为15％的Nano-HA ／PCL 混合材料粉末，采用 SLS 技术制备出纯 PCL 与 Nano-HA ／PCL 人工骨支架并用电子显微镜（SEM）观察 Nano-HA ／PCL 人工骨支架的微观结构。64只新西兰兔制作骨缺损动物模型后随机分为4组，每组16只。以携带 hBMP-7目的基因的兔骨髓间充质干细胞（MSC）作为本研究的种子细胞。复合材料组骨缺损处植入 Nano-HA ／PCL 人工骨支架＋种子细胞，单纯材料组骨缺损处植入Nano-HA ／PCL 人工骨支架，对照组骨缺损处植入纯 PCL 人工骨支架，空白组骨缺损处不植入任何材料。对4组进行术后大体观察，分别于术后第2、4、8、12周各组中随机选取 4只兔，经 Micro-CT 扫描， Micro-view 软件进行骨缺损植入区域的三维重建，观察骨缺损修复情况。将各组第 12周骨缺损样本石蜡切片用苏木精-伊红染色与 Masson 染色后，普通倒置显微镜下观察。结果电子显微镜下观察Nano-HA ／PCL 人工骨支架的骨架具有相互连通的孔隙结构，同时在 PCL 颗粒表面均匀黏附着 Nano-HA 颗粒粉末。复合材料组术和单纯材料组术后第7天、对照组术后第14天均能用前肢站立；术后第28天，复合材料组右前肢主动活动范围基本正常，单纯材料组右前肢可自主活动但活动受限，对照组右前肢自主活动明显受限，空白组仍不能用前肢站立。术后1～14 d，各组缺损区域均无感染现象，缺损伤口均为甲级愈合。使用 Micro-view 软件对4组 Micro-CT 扫描结果进行三维重建，术后第 12周时观察到空白组骨缺损两端仍没有完全连接。对照组骨断端已完全连接，但骨髓腔未通，单纯材料组骨缺损区域新骨结构完整、连续，缺损几乎完全修复，骨髓腔大部分已通；复合材料组骨缺损区域新骨结构十分完整，骨缺损已经完全修复，骨髓腔已经完全再通。术后 12周的组织学切片，复合材料组材料植入区板层骨生成明显，骨小梁排列规则，新生骨组织中已几乎不存在间隙，单纯材料组材料植入区内仍有部分植入材料残留，材料区部分结构为松散的编织骨所代替，新生骨组织中间仍存在少许间隙，对照组的材料植入区仍存在残留较多的 PCL 材料，纤维结缔组织周围有少量的新骨生成，空白组骨缺损区域缺损仍然较大。结论通过 SLS 技术所构建出的 Nano-HA ／PCL 人工骨支架具有良好的微观结构，联合种子细胞后具有良好生物相容性、生物活性，优良的骨缺损修复能力，降解速率优于纯 PCL 人工骨支架。