生物活性钙镁硅磷基骨修复材料的研究

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硫酸钙骨水泥因其具有良好的生物相容性和骨传导性能在临床上应用多年,但硫酸钙缺乏有效的成骨活性,降解产生的酸性pH值容易引发炎症反应,加重病人的痛苦。本研究分别利用生物活性材料介孔硅酸钙镁和磷酸钙镁对硫酸钙基骨水泥进行改性。首先合成介孔硅酸钙镁粉末(m-MCS),孔道结构规则,孔径分布均匀(9nm),具有高比表面积(410.9 m2/g)和孔容(0.8 cm3/g);制备介孔硅酸钙镁/硫酸钙复合骨水泥(m-CSBC),具有合适的固化时间和可注射性能,固化强度随m-MCS含量增加稍有降低,但生物活性明显提高,同时拥有良好的降解性能,m-MCS的降解产物能中和硫酸钙产生的酸性pH值。通过粒子浸出法制备多孔支架(m-CSBS),随m-MCS增加,m-CSBS的吸水性和孔隙率逐渐升高,分别达到282%和86%。此外,介孔结构对维生素D3有控释作用,能对缺损部位进行持续有效的药物释放。细胞实验显示,40 m-CSBC和20 m-CSBS具有良好的细胞相容性,对细胞粘附,增殖和分化有明显促进作用;体内植入实验证明,在3个月时,负载了维生素D3的实验组(20 m-CSBS/VD3)新骨生成量,I型胶原表达和血管化程度均显著高于其他组,说明20 m-CSBS/VD3能有效促进骨缺损修复,表现出良好的生物相容性和促成骨活性。  本研究还制备了磷酸钙镁骨水泥(MCPC),将MCP粉末与硫酸钙复合制备磷酸钙镁/硫酸钙复合骨水泥(MCP-CSC)及多孔支架(MCP-CSS),并以硫酸钙作为对照。结果显示,MCP的加入显著提高了MCP-CSC复合物的抗压强度,最高达到23.4 MPa;此外,MCP-CSC内部具有的微孔结构对维生素D3有缓释作用;随MCP含量增加,MCP-CSC降解率降低,弥补了纯硫酸钙降解过快的缺陷,而且,MCP能中和硫酸钙产生的酸性pH值;MCP-CSS多孔支架吸水率和孔隙率最高达到116%和79%,其诱导钙离子沉积的能力明显高于硫酸钙,具有优异的生物活性。细胞实验表明,适量的MCP可以有效促进细胞粘附,增殖和分化,显示出良好的细胞相容性和积极的细胞响应。因此,用MCP改性硫酸钙水泥,提高MCP-CSC复合水泥的综合性能,在临床医学应用上具有广阔的前景。
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