介孔生物玻璃支架体内转归与成骨效应的研究

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1、上海交通大学硕士学位论文上海交通大学医学院硕士学位论文介孔生物玻璃支架体内转归与成骨效应的研究STUDYOFEVOLUTIONANDOSTEOGENICEFFECTOFMESOPOROUSBIOACTIVEGLASSSCAFFOLD研究生：隋佰延导师：孙皎教授专业：口腔基础医学学号：117239040答辩日期：2014年4月二零壹肆年四月I万方数据上海交通大学硕士学位论文上海交通大学医学院硕士学位论文介孔生物玻璃支架体内转归与成骨效应的研究STUDYOFEVOLUTIONANDOSTEOGENICEFFECTOFMESOPOROUSBIOACTIVEGLASSSCAFFOLD研究生:

2、隋佰延导师:孙皎教授专业:口腔基础医学申请学位级别:硕士论文提交时间：2014年4月培养单位:上海交通大学医学院附属第九人民医院资助基金项目:国家自然科学基金重大项目（81190132）研究方向:生物材料的生物相容性45关键词：介孔生物玻璃支架，体内转归，Ca标记，骨植入，降解产物，组织分布，成骨效应，生物安全性KEYWORDS:mesoporousbioactiveglassscaffold,invivoevolution,45Calabeling,boneimplantation,degradationproducts,tissuedistribution,osteogenice

3、ffect,biologicalsafetyII万方数据上海交通大学硕士学位论文III万方数据上海交通大学硕士学位论文IV万方数据上海交通大学硕士学位论文介孔生物玻璃支架体内转归与成骨效应的研究摘要目的：再生医学领域中，采用人工材料修复骨缺损被认为是一种具有应用前景的方法。其中介孔生物玻璃(mesoporousbioactiveglass，MBG)支架因具有良好的体外生物活性和降解性能而引起了广泛的关注，但材料进入体内后的转归和成骨效应尚不清楚。如何能建立有效的标记技术，以示踪MBG支架在体内的转归，解释其降解产物的去向是当前研究的45难点。本课题首次尝试利用放射性同位素钙45（Ca

4、）为标记物，合成45Ca-MBG支架，建立了体内定量示踪MBG支架的技术，分析支架的降解产物在局部和全身各主要组织和器官的分布与蓄积情况，评价降解产物的生物安全性，揭示MBG支架的体内转归过程和全身的生物学反应，并阐明MBG支架局部的成骨效应，为未来MBG支架的临床应用提供重要的科学依据。45材料和方法：分别合成非放射性标记的MBG支架和Ca-MBG支架。采用透射电镜观察、X-射线小角衍射分析、扫描电镜观察、氮气吸附-脱附等手段研究MBG支架的介孔结构、表面形貌、比表面积和孔容。45将Ca-MBG支架植入大鼠股骨髁部临界缺损，利用液体闪烁计数方法，分析支架的降解产物在1天、1周、4周

5、、8周和12周时全身主要组织V万方数据上海交通大学硕士学位论文脏的分布与蓄积情况。采取相同的动物模型，在MBG支架植入4周和12周后，通过血液学分析、临床生化分析和组织病理学研究，评价其降解产物的生物安全性。同时，通过MBG支架骨植入后骨组织定量分析和SRμCT观察，结合体外的实时定量聚合酶链式反应，探究其成骨效应。结果：（1）MBG支架具有相互连通的大孔和高度有序的介孔结构（大23小约为6.4nm），比表面积和孔容分别为343.44m/g和0.565cm/g；（2）4545利用Ca标记合成的MBG支架具有良好的体外稳定性；（3）Ca-MBG支架骨植入后随时间发生明显降解，其降解产物

6、在一定时间内蓄积于心、45肺、肝、脾、肾、肠、脑和远端骨组织中，至12周时各组织脏器的Ca放射性强度明显下降或消失；（4）MBG支架的降解产物在机体各组织内的蓄积并没有对脏器的结构和功能产生负面的生物效应；（5）MBG支架的浸提液中含有大量的Si和Ca等生物活性离子，在未添加成骨诱导剂的条件下，能够直接诱导大鼠骨髓间充质干细胞内与成骨分化相关的RUNX-2、ALP和OCN的表达增高；（6）MBG支架随自身的不断降解能够明显诱导体内新骨生成。结论：（1）制备了具有良好介孔-大孔交联结构的MBG支架，该结构被证明有利于体内降解和成骨效应；（2）利用放射性同位素，成功创45建了Ca-MBG

7、支架的标记与示踪技术，客观揭示了MBG支架在体内的转归过程；（3）阐明了MBG支架在体内不同时间内的局部与全身分布和蓄积特性；（4）证明了MBG支架的降解产物对机体全身主要组织脏VI万方数据上海交通大学硕士学位论文器无不良影响，具备良好的生物安全性；（5）揭示了MBG支架具有良好的体内成骨效应，该效应可解释为与支架的结构特性以及释放大量的Si和Ca等生物活性离子对BMSCs成骨分化的作用相关。本研究结果初步回答了MBG支架在未来临床应用中的受益与风险问题，