具有促成骨活性的PLGA/TCP/Mg复合多孔支架构建及其修复骨坏死的研究

Steroid-induced osteonecrosis is a high risk orthopedic problem. Core decompression is the main treatment method. But left bone defect after the core decompression can lead to joint collapse, seriously affect the treatment effect. Use with excellent biomechanical properties bone repair material to enhance bone regeneration with high osteogenetic activity is a key factor as bone defect healing, which has important clinical significance and economic value. This project is initated, based on prelimary studies, by newly inducing magnesium into the typical PLGA/TCP scaffold composite materials,as the magnesium ould improve biomechanic and osteoinductive properties of the scaffold.We will develop a new porous PLGA/TCP/Mg scaffold using the low temperature rapid protopy technology for the bone defect casued by core decompression surgery.Human bone marrow mesenchymal stem cell and rabbit steroid-associated osteonecrosis model is considered as the study model,the osteoinduction performance from gene, cell and in vivo level will be implemented to understand the mechanism of bone regenaration materials.The project will also investigate the mulitple parameters and individualized porous scaffold manufacture methods using the low temperature rapid protopye and the biomechanic properties resulted.The phys-chemical properties, biocompatibility, and osteoinduction will also be examined to evaluate the performance of the biomaterials using as effective bone grafts of bone defect.The study might provide a novel biomateirals for bone defect regeneration and bring new opportunities for steroid-associated osteonecrosis thearpy and recovery.

激素性骨坏死是一种致残率极高的骨科治疗难题,目前其有效治疗的主要手段是髓芯减压法。但髓芯减压后遗留的骨缺损需要得到及时有效的填充才可避免后续关节塌陷等严重问题，而达到治疗效果。利用具备优异生物力学性能和高促成骨活性的骨修复材料对该骨缺损的填充及修复是治疗的关键。这类材料的研发具有重要的医学临床意义及经济价值。本项目基于前期研究基础上，创新性的将镁(Mg)复合于PLGA/TCP支架，利用低温快速成型技术对PLGA/TCP/Mg复合多孔支架的组成、结构和力学参数进行调控，研究个性化、多参数的多孔支架的成型方法及其材料学特征。拟以人骨髓基质干细胞及兔激素性骨坏死模型为研究对象，用材料学、生物力学、生物学和影像学等手段对多孔支架的力学性能、降解性能和促成骨能力进行考察。从基因、细胞、体内成骨效果三层面揭示该支架材料的修复骨缺损的机理，并系统评估其作为新型材料修复骨缺损的应用价值并奠定技术基础。

激素性骨坏死是一种致残率极高的骨科治疗难题,目前其有效治疗的主要手段是髓芯减压法。但髓芯减压后遗留的骨缺损需要得到及时有效的填充才可避免后续关节塌陷等严重问题，而达到治疗效果。针对激素性骨坏死发病时BMSC成骨能力下降的特殊特征，利用具备优异生物力学性能和高促成骨活性的骨修复材料对该骨缺损的填充及修复是治疗的关键。这类材料的研发具有重要的医学临床意义及经济价值。.本项目针对目前早期干预和治疗激素性骨坏死缺乏有效骨修复材料的临床现状，围绕髓芯减压后骨缺损修复所涉及的核心科学问题，利用低温快速成型技术，创新性的将镁(Mg)复合于PLGA/TCP支架，制备具有促进骨生长的聚合物/陶瓷/金属复合的可降解型的PLGA/TCP/Mg多孔支架，发展一类有特色和自主知识产权的骨修复材料，并对PLGA/TCP/Mg复合多孔支架的组成、结构和力学参数进行调控，研究个性化、多参数的多孔支架的成型方法及其材料学特征。本项目实现了如下的研究目标（1）通过对多孔支架的组成和结构的精细调控来提高其促成骨活性，以利于植入部位的骨再生及功能重建。多孔支架与松质骨类似的蜂窝状立体棒状结构有利于骨的直接附着，400~500μm的孔径大小有利于骨细胞及血管长入，提供成骨的养分输送，75% 以上的孔隙率能保证其与周围组织最大程度地接触并结合，具有骨传导性，有利于骨和血管长入，85%以上的孔连通率以保证细胞新陈代谢的进行。（2）在满足上述结构参数的条件下，调控镁含量的最佳比例，调控至最适宜的力学强度，获得弹性模量与松质骨相当的多孔支架。植入体内后既起到一定的力学支撑，防止后续的骨塌陷，又不会产生应力遮挡效应，阻碍骨生长；（4）研究了支架的降解速率，获得其体外降解的调控机制机理；（4）以兔骨髓基质干细胞及兔激素性骨坏死模型为研究对象，用材料学、生物力学、生物学和影像学等手段对多孔支架的力学性能、降解性能和促成骨能力进行考察。从基因、细胞、体内成骨效果三层面揭示该支架材料对骨缺损部位的再生及功能重建过程中的调控机制，并系统评估其作为新型材料修复骨缺损的应用价值并奠定技术基础，为临床应用提供科学依据。