
摘要: 目的 评价羟基磷灰石微管(hydroxyapatite microtubules,HAMT)-壳聚糖(chitosan,CHS)支架诱导骨组织再生的效果。方法 研究于2022—2023年在长治医学院中心实验室进行。将HAMT、纳米羟基磷灰石(nano-hydroxyapatite,nano-HAP)分别与CHS混合,利用蜡球作为造孔剂制备HAMT-CHS支架和nano-HAP-CHS支架。通过扫描电镜、傅里叶变换红外光谱分析仪、X射线衍射仪、万能测试机、全自动压汞仪检测支架表征,并检测支架装载苯妥英钠的载药缓释性能。将支架与大鼠骨髓干细胞(bone marrow stem cells,BMSCs)共培养,通过CCK-8实验、碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)染色检测支架的生物相容性,通过RT-qPCR和Western Blot检测支架上细胞的骨桥蛋白(osteopontin,OPN)、Runt相关转录因子2(Runt-related transcription factor 2,RUNX2)及成骨特异性锌指转录因子osterix(OSX)等成骨相关基因表达情况。选取9只8周龄SD大鼠构建颅骨缺损模型,根据缺损处不放置支架、放置HAMT-CHS支架及放置nano-HAP-CHS支架将所有大鼠分为空白组、T组和N组(每组3只),2个月后通过Micro-CT观察比较颅骨缺损部位的组织体积(tissue volume,TV)、骨体积(bone volume,BV)、骨表面积(bone surface,BS)、骨小梁厚度(trabecular thickness,Tb.Th)、骨小梁分离度(trabecular separation,Tb.Sp)、骨小梁数量(trabecular number,Tb.N)、骨体积分数(bone volume fraction,BV/TV)、骨表面积与骨体积比值(bone surface fraction,BS/BV)及骨表面积组织体积比(bone surface area density,BS/TV),并通过苏木精-伊红染色法染色观察新骨质形成情况。结果 ①支架表征:研究制备的HAMT-CHS支架纯度较高。HAMT-CHS支架和nano-HAP-CHS支架均呈梯度分布的孔隙结构,且孔隙间有裂孔相通;HAMT-CHS支架内壁可见管状结构排列,nano-HAP-CHS支架内壁较平整。HAMT-CHS支架的弹性模量[(166.717 ± 0.031)MPa]明显高于nano-HAP-CHS支架[(86.235 ± 0.025)MPa],差异有统计学意义(t = 3523.727,P < 0.001);其最大承受压力[(2.20 ± 0.05)N/mm2]明显高于nano-HAP-CHS支架[(1.70 ± 0.21)N/mm2],差异有统计学意义(t = 4.131,P = 0.046);而其孔隙率[(84.03 ± 4.35)%]与nano-HAP-CHS支架[(82.89 ± 3.53)%]比较,差异无统计学意义(t = 0.350,P = 0.745)。②载药缓释性能:nano-HAP-CHS支架的初始药物释放速度较快,7 d后2种支架均进入药物缓慢释放期,35 d时HAMT-CHS支架的药物累积释放量[(0.398 ± 0.021)mg]与nano-HAP-CHS支架[(0.407 ± 0.032)mg]比较,差异无统计学意义(t = 0.361,P = 0.737)。③生物相容性:HAMT-CHS支架和nano-HAP-CHS支架上的BMSCs增殖情况良好,共培养第1、3、5、7天HAMT-CHS支架上细胞在波长450 nm处的光密度(OD450)值均明显优于nano-HAP-CHS支架,差异均有统计学意义(均P < 0.05)。另外,共培养7 d后HAMT-CHS支架的ALP染色情况较nano-HAP-CHS支架更深。④成骨相关基因表达:共培养7 d时,HAMT-CHS支架细胞中OPN和RUNX2的mRNA相对表达量均明显高于nano-HAP-CHS支架,差异均有统计学意义(均P < 0.05);而OSX的mRNA相对表达量比较差异无统计学意义(P > 0.05)。共培养14 d时,HAMT-CHS支架细胞中OPN和RUNX2的mRNA和蛋白相对表达量均明显高于nano-HAP-CHS支架,OSX的mRNA相对表达量明显低于nano-HAP-CHS支架,差异均有统计学意义(均P < 0.05),而OSX的蛋白相对表达量与nano-HAP-CHS支架比较差异无统计学意义(P > 0.05)。⑤动物实验:T组和N组颅骨缺损部位有明显新骨形成,空白组在缺损边缘有少量新骨形成。但3组TV、BV、BS、Tb.Th、Tb.Sp、Tb.N、BV/TV、BS/BV、BS/TV比较,差异均无统计学意义(均P > 0.05)。结论 研究成功制备了纯度较高、内壁微观结构粗糙的HAMT-CHS梯度孔隙支架,其机械性能、生物相容性及促进骨组织再生能力较佳,是具有广阔应用前景的骨组织替代材料。
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