丝素蛋白纳米羟基磷灰石复合材料制备及与脊柱的融合

宁旭; 庄勇; 刘淼; 张皓; 黄明智

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2017.02.011

摘要：背景：文献报道，丝素蛋白能作为无机物矿化模板，可以诱导羟基磷灰石晶体生长，与纳米羟基磷灰石复合能模拟天然骨组织中的无机、有机成分弥补纳米磷灰石的不足，有望成为最理想的骨移植修复材料。目的：分析丝素蛋白/纳米羟基磷灰石复合材料制备方法及在脊柱融合中的实验性效果。方法：①以丝素蛋白、钙磷溶液为原始材料根据共沉淀法合成丝素蛋白/纳米羟基磷灰石复合材料，模拟骨组织的结构与成分，利用透射电镜、X射线衍射分析材料晶相组成、微观结构；②利用体外细胞培养技术将成骨细胞移植在复合材料上，倒置显微镜下观察细胞黏附及增殖情况。建立新西兰大白兔腰椎后外侧脊柱融合模型，将其分为对照组和复合材料组，对照组采用自体骨移植，复合材料组植入丝素蛋白/纳米羟基磷灰石复合材料，比较两组大体观察、影像学观察及组织学观察了解成骨及脊柱融合情况。结果与结论：①丝素蛋白/纳米羟基磷灰石复合材料在透射电镜下呈束状纳米纤维，长度在200-500 nm之间，宽度在20-30 nm之间。而羟基磷灰石长度200 nm之间，宽度50 nm之间；②X射线衍射下复合材料衍射峰底部相对较宽，峰形不尖锐，复合材料中虽含有丝素蛋白，但不会对羟基磷灰石结果产生影响；③电镜下观察：接种2d后细胞黏附在材料孔壁上，细胞生长良好；培养5d扫描电镜可见细胞覆盖大部分材料孔壁生长，细胞未多角形、圆锥形、椭圆形，细胞存在明显的分裂相；④第3代MC3T3-E细胞前3 d生长趋于上升趋势，第3天后其生长呈现下降趋势；X射线下L5/6横突融合部位融合坚固，融合范围存在非骨性融合；同时，X射线下复合材料部位可见明显的新生骨；⑤苏木精-伊红染色下复合材料部位可见大量细胞聚集，软骨周围存在大量的成骨细胞，并且周围的骨组织排列相对规则，复合材料内可见骨小梁形成，结构不规则，部分骨小梁出现髓腔结构；⑥结果提示：以丝素蛋白、钙磷溶液为原始材料合成的丝素蛋白/纳米羟基磷灰石复合材料能在结构、组成上与天然骨相仿，用于兔腰椎后外侧融合模型中能取得预期的骨融合效果。