增强骨质疏松患者骨把持力的新型可注射骨水泥材料

Osteoprotic fracture is fragile and comminuted. The pullout strength of the internal fixation is low and the fixation is easy to fail. Cement augmentation is the only way to use in the fracture area to increase the stability.But the PMMA and CPC which are used in the clinical activities are not perfect. PMMA increases the pullout strength significantly, but the rate of unseptic loosening is high; CPC has very good biocapability, but the biomechanic strength is dispointed. So we want to mix CPC and PMMA, add the CPC microphase in the PMMA polymer structure. After the degradation of CPC, residual PMMA can form a polymer porous scafolds, which can let the bone marrow implant in. So the PMMA、bone marrow and screw can form a stable locking interface. The new cement has the advatages of PMMA and CPC, but few shortcomings. Prior work demostrated with 10%-20% CPC the mechanical strength of PMMA changed unremarkablly. The next steps are to test the biocapability and increase the polymerizability of CPC and PMMA. This project is a interdisciplinary study of Medicine and Polymer chemistry, the result can be used in the clinical practise quite soon and can benefit the patients dramatically.

骨质疏松骨折多粉碎，且骨量丢失，手术治疗内固定把持力低，极易引起螺钉的松脱。将可注射骨水泥注入内固定螺钉的钉道增强其稳定性是作用在骨质疏松骨折局部以降低内固定失败率的唯一方法。目前常用的不可吸收的骨水泥PMMA增强把持力效果较好，但长期存留会引起无菌性松动；而常用的可吸收骨水泥CPC可以完全降解，但是其增强把持力效果差。本项目拟设计一种新型可注射骨水泥材料，找到PMMA和CPC混合的最佳成分配比，并加入HEMA以提高其相容性，使PMMA中具有CPC微相，PMMA作为主体保留其力学强度，而在CPC吸收后形成的多孔结构，又为骨组织长入提供了空间，并最终形成內植物和周边骨组织界面的牢固结合。前期工作显示PMMA中加入CPC后其力学强度下降不明显，故后期需进一步研究其生物相容性以及提高聚合物相容性。本项目为医学与高分子化学的交叉，研究结果可较快应用于临床，以期减少骨质疏松骨折的内固定失败的发生率。

骨水泥增强技术被认为是增强骨质疏松骨折内固定稳定性的金标准。但目前最常用的丙烯酸（PMMA）骨水泥虽能提供满意的力学增强，但其不被人体降解，长期存在会因磨损而失败。众多研究表明向PMMA中加入磷酸钙（TCP）可显著改善这一缺陷，但是大量加入后会严重影响复合骨水泥的力学性能，其原因是二者亲和性不够，单纯混合只能形成悬浊液。本研究创新性的引入双亲溶液甲基丙烯酸羟乙酯（HEMA），制备了新型的复合骨水泥THP。对不同构成的THP测量其力学性能，凝固性能，降解性能。利用成骨细胞系检测细胞毒性、增殖、粘附性能。小鼠腹腔注射浸提液评估全身亚急性炎症反应，并验证血液相容性。建立兔骨水泥增强内固定模型，检测不同时间段THP加强内固定后的螺钉抗拔出力；建立兔骨缺损模型，利用Micro-CT以及组织病理学评估骨长入情况。结果发现向PMMA中加入纳米TCP可保证THP的抗压、抗弯强度，在一定范围内加入HEMA可进一步加强力学性能；THP凝固温度约为80℃，TCP、HEMA不影响THP的凝固温度，凝固时间随TCP增加、HEMA减少而延长；THP50/10组（含有TCP50%，HEMA10%）实验结果最佳。THP组失重率大于PMMA组，降解周期8-12周，第12周样本表面可观察到孔径100μm的多孔结构。THP组在第1天细胞活力大于70%，在第3、7天增殖明显；THP的live/dead 染色未见死细胞；细胞在THP的粘附形态优于PMMA组，细胞粘附数量随HEMA浓度增高而增加。THP组小鼠亚急性炎症反应各观察指标与对照组无差异；THP组溶血试验未见溶血，溶血率均小于5%。THP50/10组各实验结果最佳。骨水泥增强内固定实验，THP组可显著增强螺钉的抗拔出力，随时间增强，THP50/10组在检测时间优于其他实验组，和PMMA组无统计学差异；骨缺损实验发现第12周所有THP组周围有低密度新骨形成，组织学切片可见新骨长入。研究发现THP骨水泥各项材料学性能可控，具有良好的体外、体内生物安全性，并能增加内固定在体骨把持力、注入体内后可有骨组织长入，是一种可用于骨水泥增强技术的新型骨水泥材料。其中THP50/10 组各项实验数据相比最优，是最佳的固液构成比