论文部分内容阅读
研究背景和目的：股骨头坏死(Osteonecrosis of the femoral head, ONFH)是由许多种诱发因素诱导、呈现进行性进展的一种难治性疾病。该病的特点为骨髓局部缺血,骨细胞凋亡,继而出现严重骨关节炎,随后导致机能不全性骨折,甚至需要采取髋关节置换手术等治疗方案。股骨头坏死常常在发病初期无明显症状,等到出现体征时可能已经存在较为严重的骨损伤,因此,早期诊断和预防显得尤为关键。依据影像学信息,采取相应的治疗措施,包括限制体重、口服药物治疗、截骨术、髓芯减压术,以及植入骨材料移植等治疗手段。伴随生物医学领域科技的迅猛发展,骨组织工程相关领域也不断进展,骨替代材料的来源以及加工技术的研究不断深入,磷酸三钙(β-TCP)多孔人工生物陶瓷材料呈现出良好的生物学兼容性和可降解性,并且其性状和大小具有很好的可调节性,因此已被广泛应用于骨组织工程。该材料多种加工工艺可以提供恰当的表面特性供成骨细胞黏附和大量增殖,即具有良好的骨传导性；同时能够有效地刺激新生骨组织的形成,即具有优良的骨诱导性；重要的是该材料还能够招募骨髓基质干细胞到特定位置诱导骨形成。骨组织工程发展过程中利用骨髓间质千细胞和成骨细胞植入到坏死区域,是促进新骨生成的重要治疗策略之一。利用碱性磷酸酶和钙化结节生成是检测体外骨髓间质干细胞和成骨细胞分化成熟的重要指标。磷酸三钙(β-TCP)多孔人工生物陶瓷材料可以为成骨细胞体外培养提供良好的基质,它可以提供一个三维的环境供细胞生长和增殖,尤为重要的是该材料可以有效地在原位填补骨缺损,诱导骨组织再生。血管内皮生长因子(VEGF)和骨形态发生蛋白2(BMP-2)在骨组织分化和修复过程中发挥重要的作用,也是重要的骨生长因子。目前,已建立了多种股骨头坏死动物模型,常见的为激素诱导型和缺血坏死型股骨头坏死。本研究通过体外成骨细胞分离和培养,以及验证其与β-TCP的生物兼容性,并且将成骨细胞与β-TCP的复合物植入股骨头坏死动物模型体内,来观察β-TCP的疗效。实验方法：首先,建立兔股骨成骨细胞分离方法,观察体外培养的成骨细胞在不同代的形态学特点和增殖情况,利用碱性磷酸酶活性和钙化结节染色来鉴定成骨细胞特异性。采用第四代成骨细胞与β-TCP体外共培养,检测成骨细胞增殖能力、碱性磷酸酶分泌量、血管内皮生长因子(VEGF)、以及骨形态发生蛋白2(BMP-2)的表达。建立兔股骨头坏死的模型,将成骨细胞与β-TCP复合物、单独β-TCP以及对照移植材料骨水泥三种配伍方式植入兔股骨头坏死区,观察术后切口及生存情况,第6和第12周行影像学检查并检测血管内皮生长因子(VEGF)和骨形态发生蛋白2(BMP-2)的表达情况。实验结果：首先,从2日龄兔股骨组织分离并体外培养成骨细胞,观察细胞生长密度,当满度达到85%以上时一比三传代。取第四代和第十代细胞为靶细胞,连续培养7天,检测其增殖情况,可以看到两代细胞都具有较好的增殖能力,细胞生长于第3和第4天可观察到对数增殖,到第6和第7天细胞生长处于停滞期。取第四代和第十代细胞检测其碱性磷酸酶含量,发现体外培养第3天到第5天均明显增高,培养到第7天时有所降低。第十代细胞碱性磷酸酶含量略低于第四代,但两者间无统计学差异。采用第四代细胞连续培养45天后检测茜素红S染色状况,观察有明显的钙结节形成。以上结果提示成骨细胞分离以及体外培养成功。将第四代成骨细胞培养在预先包被β-TCP的培养板中,观察细胞生长增殖、碱性磷酸酶活性、VEGF和BMP-2的表达情况。结果可见,成骨细胞在人工陶瓷材料上生长良好,培养第6天增殖明显增高,到第9天增殖有所减慢；与无陶瓷材料共生长的成骨细胞比较,增殖无明显差异。两组细胞当培养到第6天时,碱性磷酸酶活性最高,两组间无明显差异。在培养第3天和第9天,VEGF活性在复合材料组高于无材料对照组；在培养第6天和第9天,BMP-2活性在复合材料组高于无材料对照组。建立了股骨头坏死动物模型,手术后12周见植入β-TCP组兔股骨头恢复效果最好,无明显瘢痕存在,股骨头组织活检可见有较高的VEGF和BMP-2表达；植入β-TCP和成骨细胞组兔股骨头恢复也较好,但x光下可以看到有少量瘢痕存在;植入骨水泥组,可以看修复材料与周围股骨有界限,骨损周围有少量骨痂形成,且VEGF和BMP2表达与另外两组比较无统计学差异。实验结论：1.兔股骨骨膜成骨细胞分离和体外培养成功,验证其具有增殖和分化功能；2.β-TCP可以促进体外成骨细胞增殖和分化;3β-TCP联合成骨细胞复合物植入可以有效改善动物体内缺血性股骨头坏死,且联合治疗效果高于单纯成骨细胞或传统骨材料植入组。研究背景和目的：股骨头坏死病理机制尚存争议,其坏死发生后骨内腔压力增高,造成骨组织内血液循环阻力逐渐增大,使得原本坏死的股骨头进一步缺血,成为病变区域骨细胞以及骨髓干细胞凋亡的原因之一。髓芯减压术正是基于高压学说而采取的一种有效且较容易实施的治疗方案,顾名思义髓芯减压手术的核心即为减少骨髓腔内的压力,清除坏死组织,同时改善股骨头局部血液循环,从而达到理想的治疗效果。髓芯减压术在实施过程中可有很多不同的方案和方法,传统的减压术使用8-10mm的空心钻,其优点是对患者损伤小,缺点为减压不充分,特殊角度的死骨不能去除,造成髓道周边的骨细胞坏死等。利用开窗扩大减压技术切开关节头颈部,可以有效清除股骨头内的死骨,但对患者损伤较大,并会损失股骨头的表面关节软骨结构。因此,需要不断的改良和完善该技术的实施。潜行开创扩大减压器可以有效改良传统减压术中钻头的不足,更灵活和方便,并且可以避免开窗减压术中对股骨头软骨面的损伤。利用该设备联合磷酸三钙多孔生物陶瓷材料植入病变的股骨头,不但可以有效清除坏死组织,而且植入的骨材料可以诱导和促进股骨头修复,延缓病情的进展,为临床治疗股骨头坏死提供有效的手段。本研究基于体外成骨细胞分离和培养,以及β-磷酸三钙多孔人工生物陶瓷材料植入股骨头坏死动物模型体内的研究为基础,进一步通过临床试验探讨潜行开创扩大减压器与该生物陶瓷材料联合应用治疗股骨头坏死的疗效评估。实验方法：在获得动物实验数据后,我们开展了临床疗效的试验研究。按照病例的纳入标准和病例的排除标准条款,入选了100例被诊断为Ficat Ⅰ/Ⅱ期股骨头坏死的病例,依据配伍方式随机分为三组,对照组实施常规的髓芯减压术(10mm空心钻)联合自体的髂骨植骨术,治疗组1应用股骨头潜行扩大减压器行髓芯减压联合β-TCP多孔人工陶瓷材料植入术；治疗组2采取股骨头潜行扩大减压器开展髓芯减压联合自体髂骨植骨术。观察手术时间和出血量；术后每3个月随访,进行影像学检查以及给予髋关节功能评分。长期随访后记录其生存曲线。实验结果：临床疗效分析结果显示,对照组(传统的髓芯减压联合自体髂骨植骨术)中有Ⅰ期发展到Ⅱ期3例,Ⅱa有一例进展到Ⅱb,Ⅱb期有1例进展到Ⅲ期,其他髋关节病变无进展,无股骨头塌陷；治疗组1(潜行扩大开窗髓芯减压联合β-磷酸三钙多孔人工陶瓷材料植入)的病例中,Ⅰ期有1例进展到Ⅱa,有1例从Ⅱa进展到Ⅱb,其他髋关节病变无进展；治疗组2(潜行扩大开窗髓芯减压术联合自体骼骨植骨术)患者中有2例从Ⅱa进展到Ⅱb,其他髋关节病变无进展。临床成功率分别为80%,86%和88%;影像学成功率分别为79%,85%和90%。平均随访25个月内,潜行扩大开窗髓芯减压术联合β-磷酸三钙多孔人工陶瓷材料植入取得了很好的疗效,有效延缓了股骨头坏死损伤的进程,呈现优良的临床治疗效果。实验结论：1.潜行扩大开窗髓芯减压联合β-TCP多孔人工陶瓷材料植入术治疗股骨头坏死(Ⅰ/Ⅱ期)能够达到接近潜行扩大开窗髓芯减压联合自体髂骨移植术的临床症状评分和影像学评分,可以作为一种有效的方法应用于临床治疗;2.潜行开创扩大减压器用于股骨头坏死髓芯减压的手术中能有效的缩短手术时间；提高减压区域硬化骨刮除的准确度。对患者的手术打击相对较小,缩短了患者的术后住院时间,并且其手术技巧可操作性强,容易得到推广和掌握。