仿生活性人工骨诱导兔椎板间多节段脊柱融合的研究

目的探讨采用先进快速成形(rapid prototyping, RP)制造技术结合骨组织工程方法研制新型仿生活性人工骨,系统研究该人工骨在兔腰椎椎板间多节段脊柱融合的情况. 方法首先应用RP技术制备粒度均匀的颗粒型聚乳酸-聚羟乙酸/磷酸三钙[Poly(DL-lactic-co-glycolic acid)/Tricalcium phosphate,PLGA/TCP] 复合人工骨载体材料,进一步将该载体材料与天然提取牛骨形态发生蛋白(bovine bone morphogenetic protein,bBMP)高效复合制备仿生活性人工骨,扫描电镜观察RP 制备的载体材料及人工骨超微结构.雄性新西兰兔42只,均于L2～4左侧椎板及椎小关节表面分别植入颗粒型PLGA/TCP人工载体材料(A组)、颗粒型仿生活性人工骨(B组)和自体髂骨颗粒(C组),每组14只,于术后4,8和12周定期拍摄脊柱X线片,并于以上时相点按时取材(每组各取材2,2和10只兔),大体观察、手法检测及组织学方法(HE染色、三色光镜观察及四环素-钙黄绿素荧光检测)系统评价脊柱融合情况. 结果先进RP制备的PLGA/TCP复合人工骨载体具有规则的空间网状支架结构、相互贯通的孔隙及材料表面微孔特征,均有利于bBMP的高效均匀复合.术后所有实验动物均存活,A组单纯载体材料植入后逐渐降解,但无骨诱导活性及新骨形成能力.B组仿生活性人工骨植入具有强的诱骨活性及骨性融合能力,不仅成骨早、新骨形成量大,而且在新骨形成及改塑的同时载体材料逐渐降解完全,术后12周可形成较为典型的骨小梁及骨髓结构,成骨代谢活性亦接近正常,所形成融合块较大、强度高.C组自体髂骨移植能达到良好的骨性融合,但至术后12周其所形成的新骨结构与B组相比,尚需进一步塑形及完善,所形成的融合块较小.术后12周,三组多节段(L2,3、L3,4)脊柱融合率分别为0%(0/20)、90%(18/20)和55%(11/20),B组融合率显著高于C组(P<0.05),C组融合率显著高于A组(P<0.01). 结论先进RP技术制备的PLGA/TCP人工载体不仅具有良好的空间超微结构及孔隙特性,而且能高效复合bBMP以正确构建组织工程仿生活性人工骨.该仿生活性人工骨诱导兔椎板间多节段的脊柱融合获得成功,其融合率明显高于自体髂骨移植,从而有望成为脊柱外科所需的新型人工骨移植材料.中、远期疗效的深入研究有待进一步开展.