羟基磷灰石-聚乙烯醇/胶原-壳聚糖-明胶复合水凝胶修复兔骨软骨缺损

王武; 樊晓磊; 谢杰; 胡懿郃; 曾敏

doi:10.12307/2024.252

摘要：背景:关节骨软骨缺损是目前骨科医生面临的难题,传统修复方法难以取得满意疗效,以羟基磷灰石-聚乙烯醇为基础的复合水凝胶材料是目前研究的一个方向. 目的:制备羟基磷灰石-聚乙烯醇/胶原-壳聚糖-明胶复合水凝胶,表征其物理学特征,验证其植入体内后的组织相容性及细胞黏附增殖能力,探讨其对兔骨软骨缺损的修复效果. 方法:利用3D打印技术制备圆柱状多孔聚乳酸支架(孔径分别为1.2,1.4,1.6,1.8 mm),再将聚乙烯醇及羟基磷灰石混合乳液灌入聚乳酸支架中,经过冻融及二氯甲烷溶解后制成羟基磷灰石-聚乙烯醇水凝胶.然后将胶原-壳聚糖-明胶混合液灌入羟基磷灰石-聚乙烯醇水凝胶中,利用京尼平进行交联,最后经乙醇清洗及冷冻干燥制成羟基磷灰石-聚乙烯醇/胶原-壳聚糖-明胶复合水凝胶,表征4组水凝胶的物理学特征,筛选性能最优的水凝胶进行后续实验.将羟基磷灰石-聚乙烯醇水凝胶、胶原-壳聚糖-明胶复合水凝胶分别植入SD大鼠皮下,苏木精-伊红与Masson染色观察材料表面的细胞黏附生长状况.在15只兔双侧膝关节股骨滑车制作骨软骨缺损(直径5 mm、深6 mm)模型,左侧植入复合水凝胶(实验组),右侧未植入任何材料(对照组),Micro-CT及组织学检测来评估其对骨软骨缺损的修复效果. 结果与结论:①综合孔隙率、含水率、力学测试及扫描电镜结果,得出孔径1.2 mm的羟基磷灰石-聚乙烯醇/胶原-壳聚糖-明胶复合水凝胶更符合天然软骨的一般特性,用于后续实验;②苏木精-伊红与Masson三色染色显示,随着材料植入大鼠皮下时间的延长,两种材料周边黏附的细胞均明显增多,其中胶原-壳聚糖-明胶植入后的细胞增殖状况更好,可见大量细胞长入其形成的网状结构,且网状结构也逐渐降解;③在兔骨软骨缺损实验中,至术后8周时,Micro-CT检查显示实验组植入的材料和周围骨-软骨整合良好,其表面及内部均有部分骨长入,对照组软骨及软骨下层仍然存在明显的缺损,未形成有效修复;苏木精-伊红与甲苯胺蓝染色显示,实验组植入复合水凝胶4-8周后即与周围骨软骨发生整合,随着时间的延长材料表面逐渐有新生软骨形成,至12周时缺损处大部分被新生软骨覆盖,软骨下层也出现良好的骨长入;对照组至术后12周虽然深层骨缺损大部分修复、浅层的软骨及软骨下骨缺损也有一定程度修复,但主要被纤维组织及部分纤维软骨替代;④结果表明,羟基磷灰石-聚乙烯醇/胶原-壳聚糖-明胶复合水凝胶材料可仿生天然软骨的结构和功能,在动物实验中能有效修复骨软骨缺损.