膜性负压对骨组织再生的诱导及增强作用

基于负压对组织再生作用机制的发现，结合膜引导骨组织再生的现代医学技术，申请人提出膜性负压诱导骨组织再生的新思路，即采用复合膜作为骨再生与修复部位产生负压的密封材料，将负压与膜有机结合，诱导骨组织再生的理念。研究内容包括复合膜研制,采用中间膜和半透膜结合，即中间膜是孔隙直径约为50～200μm的海绵状膜，起到支撑和压力传递作用。两侧表面为孔隙直径小于10μm半透膜，起到保持负压及细胞等有效成分富集的双重作用。对复合膜的孔大小、孔隙率等指标，与负压的传递及维持进行研究，以其得到最佳优化值；进一步对材料的性质与生物学性能间关系进行研究，构建动物模型，探索负压吸引的方式和合适的压力值，评价其作用的安全性；采用动物模拟实验，通过影像学、免疫组化及功能学评价等指标，探讨膜性负压对骨组织再生的诱导及增强作用的效果。预期将会开创及丰富膜性负压技术对骨组织再生的理论和相关技术。

研究团队基于负压对组织再生作用机制的发现，结合国际上膜引导骨组织再生的现代医学技术，提出膜性负压诱导骨组织再生的新构思。在此基础上，研究团队分别选用力学性能和生物相容性优异的聚乳酸-羟基乙酸和胶原作为多孔膜的基本成分，通过分子设计、材料显微结构设计与先进的孔结构构建方法结合，制备所需孔结构的多孔膜。通过不对称孔结构和蜂窝状孔结构的设计与制备，赋予多孔膜优异的力学性能。以此为基础，成功研制膜性负压装置。研究团队采用新西兰大白兔颅骨缺损模型，取一侧作为实验组，给以50kPa/次，15分钟/次，4次/天，4周后拔除负压吸引管；另一侧作为对照组。在2,4,6,8时间点，用三维重建CT，X线阻射程度，双光子骨密度仪评估新骨的情况，H.E染色来观察骨再生的组织学变化。在1,2,3,4,5,6时间点，用RT-PCR评估VEGF，BMP-2 mRNA的表达。研究发现实验组新骨生成量要大于对照组，实验组VEGF和BMP-2 mRNA有较高表达。认为间隙负压能够促进骨组织再生，VEGF 和BMP-2的增加可能是促进骨再生的机制之一，提示间隙负压可能是促进骨再生的有效方法之一。采用内毒素激素方法建立新西兰大白兔股骨头坏死动物模型，在4,8周时间点进行组织形态学，墨汁微血管染色，BMP-2 和 VEGF的免疫组织化学染色，在1,2,3,4,5,6,7,8周时间点采用实时荧光定量 PCR进行BMP-2 和 VEGF mRNA 的定量分析。研究发现在4,8周时间点，H.E染色显示间隙负压组在骨小梁形状，空骨陷窝数，骨髓造血细胞和脂肪细胞含量等方面要好于髓芯减压组，在8周时与正常对照组相比无明显差异。透射电镜显示，间隙负压组比髓芯减压组细胞器更发达，8周间隙负压组细胞结构和正常组无差异，细胞结构正常，含有丰富的细胞器。股骨头墨汁染色微血管学显示，间隙负压组比髓芯减压组股骨头髓内墨汁染色的血管增多，管腔粗大，微血管密度增大。免疫组化显示，间隙负压组比髓芯减压组股骨头VEGF和BMP-2的表达增强。RT-PCR显示，不论VEGF和BMP-2 mRNA，间隙负压组都要好于髓芯减压组。因此认为间隙负压对股骨头坏死有治疗作用，效果要好于髓芯减压，提示间隙负压技术是治疗早期股骨头坏死的潜在方法之一。本课题初步探索了以膜性负压技术为核心，治疗骨折、股骨头坏死的最有效、最简便、经济的方法，为其临床应用奠定基础。