全仁夫  谢尚举  李强  曹国平  庄伟  张亮  邵荣学  严世贵  杨迪生

目的 研制复合重组人骨形态发生蛋白2(rhBMP-2)壳聚糖水凝胶的新型HA/ZrO₂多孔泡沫陶瓷人工椎体,并观察其修复beagle犬椎体骨缺损的能力。

方法 离子交联法制备壳聚糖水凝胶作为rhBMP-2的缓释载体,扫描电镜下观察其微观形态,检测其载药量、包封率及缓释速率。将HA/ZrO₂多孔泡沫陶瓷人工椎体复合rhBMP-2壳聚糖水凝胶,构建新型HA/ZrO₂多孔泡沫陶瓷人工椎体。将12只beagle犬按数字表法随机分为3组,每组4只;均采用手术造成半径9 mm、高23 mm的半圆柱状L₄椎骨缺损模型,其中A组植入复合rhBMP-2壳聚糖水凝胶的新型HA/ZrO₂多孔泡沫陶瓷人工椎体,B组植入复合空白干燥壳聚糖的新型HA/ZrO₂多孔泡沫陶瓷人工椎体,C组植入实验犬自体髂骨。术后6、12、24周对实验犬行大体观察、X线影像学观察;术后24周取实验犬椎体标本行离体Micro CT新生骨量检测及生物力学检测。

结果 制备所得壳聚糖水凝胶扫描电镜下呈3D网状结构,内部均匀分布壳聚糖微球,其负载rhBMP-2后包封率达91.88%±1.53%,载药量为(39.84±2.34)ng/mg;释放率第1天为28.32%±3.01%,第3天为48.92%±6.27%,第12天为74.40%±6.29%。术后6周C组动物平均活动度恢复较A组和B组快(P值均＜0.05),A、B组差异无统计学意义(P＞0.05);术后12、24周B组与C组活动度比较差异均有统计学意义(P值均＜0.05),A、C组差异均无统计学意义(P值均＞0.05)。术后6、12、24周X线影像学观察显示,A组椎体置换术后骨痂生成逐渐增多,植入材料与宿主骨之间的界线逐渐模糊,至24周时人工椎体周围新生骨与自体骨融为一体;C组在24周时出现明显非承重部位的骨吸收,出现较快的自体骨塑形;B组椎体置换术后人工椎体与自体骨的融合速度慢于A组和C组。术后24周标本Micro CT新生骨量检测结果显示,A组(145.38±18.52)mm³,B组(86.30±15.60)mm³,两组比较差异有统计学意义(t=4.879, P＜0.01)。术后24周A、B、C组手术节段椎体标本抗压强度分别为(14.03±1.67) MPa、(8.62±1.24) MPa、(13.79±1.43) MPa,A组和C组椎体极限抗压强度均高于B组(P值均＜0.01),而A组与C组比较差异无统计学意义(P＞0.05)。

结论 复合rhBMP-2壳聚糖水凝胶新型HA/ZrO₂多孔泡沫陶瓷人工椎体能有效修复脊柱骨缺损,有望代替自体髂骨移植运用于临床骨缺损的修复。