脱钙骨-聚乳酸重组人工骨的研制及动物安全性评价

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1、脱钙骨/聚乳酸重组人工骨的研制及动物安全性评价刘金标，马泽辉，邓冰，潘显明，廖冬发，邓少林，黄钢，荣卫平【摘要】目的研制性能优良的人工骨材料，评价其相关物理性能及动物安全性。方法将脱钙骨、聚乳酸、氯化钠按比例复合，利用模压增强法制备重组人工骨（BPCB）材料，检测其孔隙率、孔径、生物力学强度等性能参数，并对材料进行动物安全性评价。结果研制的BPCB材料孔隙率为55.20%、孔径为227.33μm、压缩强度为5.52MPa、弯曲强度为19.61MPa；全身急性毒性实验显示动物在注射浸提液后，没有任何不健康行为；热原实验结果显示在每种材料初试

2、的新西兰白兔中，体温升高均在0.2℃以下，并且体温升高总度数在1.0℃以下，符合热原实验的评价标准；溶血实验结果显示溶血率为0.335%，不大于5%，符合医用材料的溶血实验要求。结论BPCB材料的孔隙率、孔径、生物力学强度等性能均符合骨替代材料的要求，并且具备基本的动物安全性。【关键词】骨替代材料；人工骨；脱钙骨；聚乳酸；生物相容性研制和寻找理想的骨替代材料，一直是医学和生物材料科学领域的一项重要课题。以往，我们曾经利用自行设计的“模压增强法”将珍珠层和聚乳酸两种材料组合，制备出珍珠层/聚乳酸重组人工骨〔1,2,3〕。多年来，脱钙骨(de

3、mineralizedbone)和聚乳酸(polylacticacid)作为两种性能优良的骨替代材料一直受到众多研究者的重视〔4,5〕。为此，我们利用“模压增强法”将脱钙骨和聚乳酸进行重组，制备出脱钙骨/聚乳酸重组人工骨(demineralizedbone/polylacticacidpositeartificialbone,简称BPCB)，检测其相关性能，并对该材料的生物相容性和安全性进行评价。　　1材料与方法　　1.1材料与实验动物　　1.1.1聚乳酸为外消旋聚乳酸(DLPLA)，由中山大学高分子研究所提供，相对分子质量为21000

4、0；脱钙骨为人脱钙骨,由南方医科大学附属南方医院骨科骨库提供，粉碎至直径80μm以下。　　1.1.2实验动物为成年雌性无孕新西兰白兔6只，体质量2.5～3.0kg，由四川省实验动物中心提供。　　1.2方法　　1.2.1BPCB的制备　　脱钙骨∶聚乳酸∶氯化钠=1∶1∶2(质量比)，其中脱钙骨与聚乳酸为BPCB的构成成分，氯化钠为致孔剂，氯化钠晶体颗粒大小为150～200μm。材料分别经环氧乙烷消毒处理，在无菌环境中进行以下加工程序:(1)有机溶剂注模：按配方将定量的聚乳酸加入到三氯甲烷中，密封静置12h，配成浓度为20%的溶液。将脱钙骨粉

5、和氯化钠混匀后，加入到聚乳酸溶液中，充分搅拌1h，直至肉眼见脱钙骨和氯化钠均匀分散于聚乳酸溶液中，此时混合物呈凝胶状。将此混合物倾注于成型模具中，置于37℃恒温鼓风干燥箱内任三氯甲烷挥发12h，混合物自行固化。(2)控温模压塑形：将固化的多孔块状混合物置于特制的塑形模具内，加热至55～65℃，对材料加压至10MPa以上，由于此时混合物中的聚乳酸软化，材料得以压紧并重新塑形。待模具完全冷却后，解除压力，取出材料。(3)颗粒沥滤致孔：将塑形后的材料浸泡于1000ml双蒸水中，每6h更换双蒸水1次，直至材料中的氯化钠完全溶解(浸泡液中滴加硝酸银

6、试剂，不产生白色的氯化银沉淀)为止。材料经干燥后即为成品BPCB。　　1.2.2BPCB的性能检测　　(1)孔隙率的检测采用比重法，在30℃条件下测定：选用一个比重瓶，加满无水乙醇并称质量(M1)；把质量为Ms的样品浸入乙醇中，抽真空，使样品中的气体完全被乙醇取代，待比重瓶补满乙醇后称质量(M2)；将浸透了乙醇的样品取出，称剩余的乙醇与比重瓶的质量(M3)。按公式ε=(M2-M3-Ms)/(M1-M3)×100%计算材料的孔隙率；(2)孔径的检测对材料的横断面进行电镜扫描，每个样品随机取3个视野拍照，逐个测量照片上孔隙的孔径，计算出样品的

7、平均孔径；(3)生物力学强度的检测在SPa、弯曲强度为(19.61±2.74)MPa。　　2.3BPCB的动物安全性实验　　2.3.1急性毒性实验　　BPCB浸提液经静脉注射入实验动物体内后，所有动物均无死亡、惊厥、瘫痪、呼吸抑制等不良反应，动物精神正常，无不安、焦躁、萎靡不振等不健康行为，动物进食、排泄均与注射前无明显变化。　　　　2.3.2热原实验　　实验动物在实验前体温均符合体温筛选要求，注射BPCB浸提液后体温变化情况见表1。表1注射BPCB浸提液后兔体温变化（略）　　2.3.3溶血实验　　溶血实验结果见表2，溶血率为0.335%

8、，不大于5%，符合医用材料的溶血实验要求。表2稀释抗凝兔血在BPCB浸提液中的溶血率（略）　　3讨论　　3.1BPCB的构成成分　　骨替代材料按其来源可分为人工材料和天然材料两大类。单一成分的