复合镁合金可注射骨充填材料修复种植体周围骨缺损改善即刻种植体初期稳定性的研究

Immediate implant is known to shorten implantation time and to achieve the favorable aesthetic effect of hard and soft tissue. However, due to the mismatch between diameter of implant and neck width of the natural teeth, ring defect occurs around the immediate implant, compromising the primary stability and osseointegration of the implant, probability, resulting in retraction of hard and soft tissue. Calcium sulfate hemihydrate (CSH), an injectable bone cement, owning excellent performance in in-situ curing, no inflammatory reaction, no heat production, and bone healing promotion, is widely used clinically. However, obvious drawbacks of it are lack of biological activity and low mechanical strength. It has been shown that nHAC possesses good biodegradability, biocompatibility and bone conductivity. Magnesium and its alloys, biodegradable metal, own osteoinductivity, besides, its degradation in vivo can form an alkaline environment, which is conducive to induce bone formation and is helpful for antibacterial, reducing the rate of peri-implantitis. The aim of the present project is to develop a novel complex CSH injectable bone cement combined with nHAC and magnesium alloy, in order to improve its mechanical properties and osteogenesis. In this project, not only a new nHAC-Mg Alloy-CSH injectable bone filling material with higher mechanical strength and antibacterial effect would be created, but also to explore the biocompatibility and biological activity of this new complex bone cement both in vitro and in vivo, additionally, osteogenesis properties of repairing the ring defects around mandibular implant in dog would also be investigated.

即刻种植技术的出现解决了种植修复时间过长这一缺点，同时能够实现良好的软硬组织美学效果。但由于种植体直径与自然牙颈部宽度的不匹配，使得即刻种植体周围都遗留有环状缺损，影响种植体的初期稳定性，影响骨整合，引起软硬组织萎缩。硫酸钙（CSH）可注射骨水泥因其原位自固化性能、无炎性反应、无产热以及促进骨愈合等优良性能被临床广泛应用。但其缺点是缺乏骨诱导性和强度低。研究证明nHAC具有良好的生物活性和生物相容性。镁及其合金作为生物可降解金属具有骨诱导性，而且其在体内降解会在周围形成碱性环境，这样的环境既有利于诱导骨形成，同时还具有抗菌抑菌的作用，有利于减少种植体周围炎的发生率。本项目在CSH可注射骨水泥中复合镁合金与矿化胶原，以期改善其力学性能与成骨性，研制出机械强度高并且抗菌抑菌的可注射型CSH复合骨充填材料；并探讨其体内体外生物相容性和生物活性，以及修复狗下颌骨种植体周围环状骨缺损的成骨性能研究。

目的：研究了可注射硫酸钙（CSH）与镁粉末混合而成的复合材料的多项理化性能以及评价复合材料的生物相容性以及体内的成骨修复性能，寻求骨组织工程应用方向上新思路。方法：1、通过微弧氧化对镁粉进行表面改性，使得到的复合材料结构致密。复合材料的制备与分组：CSH+10%Mg，CSH+20%Mg，纯CSH组。测试各组材料的初、终凝时间、压缩强度、注射特性；采用X 线衍射分析（XRD）和能量弥散 X 射线探测器（EDX）进行材料成分分析；模拟体内液态环境下测试材料的生物活性及降解性，并对材料表面形态作扫描电镜(SEM)观察；检测材料抗菌性。2、从犬骨髓中分离提取出的dBMSCs进行培养、扩增，并将该细胞向骨细胞方向进行分化并检测；将dBMSCs接种至材料后，MTT法检测复合材料对细胞生长动力学的影响，SEM分析细胞在材料上的生长和分布情况，RT-PCR分析该细胞I型胶原以及整合素基因的表达量。3、制作犬胫骨缺损模型，将复合材料移植至动物体内，记录骨矿密度(BMD)数值，评价骨缺损区的成骨效果。对胫骨HE 染色和 Masson染色脱钙以及非脱钙标本组织切片观察，RT-PCR分析目的基因与β-actin的表达。结果：1、经过表面改性后，镁粉晶体形成粗糙致密的表面结构，所得复合材料结构致密；复合材料较纯CSH凝固时间延长，可注射性提高，抗压强度也有所提高。XRD及EDX检测结果均证明材料中含有CSH以及Mg晶体。复合材料与纯CSH 组24小时后抑菌效果有显著性的差异。2、分离dBMSCs。MTT结果表明复合材料对细胞无毒性，7天后复合材料上的细胞增殖能力较好。SEM结果可见，复合材料更有利于细胞的粘附，RT-PCR显示细胞Ⅰ型胶原和整合素β1 基因相对表达水平较对照组有显著性差异。以上结果均显示复合材料能具有良好的细胞生物活性；3、犬胫骨体内植入中，无炎症反应发生。骨密度检测显示在12周时，复合材料组的骨密度明显高于对照组。HE和Masson染色表明体内有新生骨的生成。结论：镁粉经微弧氧化与涂氟处理后，抑制了镁的迅速降解和产气；复合材料结构致密，展示出了良好的机械性能、可注射能力、抗菌性，体外生物活性和体内生物相容性方面也表现良好； dBMSCs评价其体外生物活性，表明复合材料无细胞毒性，有较好的细胞相容性，增加细胞的粘附能力。该材料有较强的骨修复能力，尤其是在促进早期成骨效果方面。