纳米羟基磷灰石复合胶原膜的组织学评估

doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2010.42.011

摘要/Abstract

摘要：

背景：初期使用的胶原、聚乳酸等单组分诱导骨再生膜在诱导成骨的效率方面已逐渐暴露其缺陷，于是以胶原、聚乳酸等可吸收材料为载体，羟基磷灰石、纤维生长因子、骨形成蛋白等为填料的诱导骨再生膜成为国内外研究的重点。
目的：观察纳米羟基磷灰石复合胶原膜组织反应对诱导骨再生的适用性。
方法：将聚丙交酯乙交酯膜、胶原膜、纳米羟基磷灰石复合胶原膜光滑面和粗糙面分别植入大鼠皮下，于10，20，30， 45 d取出，采用苏木精-伊红染色法，依照纤维包膜定量、定性、界面定性和降解率等进行组织学评分，研究3种膜的组织反应和降解情况。
结果与结论：纳米羟基磷灰石复合胶原膜在各个观察时间均有散在的淋巴细胞，但未见明显的巨噬细胞。随着时间的延长，膜逐渐变小，钙化物随着植入时间的延长而增加。胶原膜组织反应轻微，45 d几乎完全降解。聚丙交酯乙交酯膜浸润增多，纤维包裹明显。结果提示纳米羟基磷灰石复合胶原膜具有良好的生物相容性和适度的降解性，适合引导骨组织再生的需要。

关键词: 引导骨组织再生, 纳米羟基磷灰石复合胶原膜, 组织学评估, 生物降解, 聚丙交酯乙交酯

Abstract:

BACKGROUND: Early used guided bone regeneration membrane composed of collagen, polylactic acid and other single components has gradually revealed its defects in the efficiency of osteogenesis, while guided bone regeneration membrane composed of collagen, polylactic acid and other absorbable materials as the carriers, in combination with hydroxyapatite, fibroblast growth factor, bone morphogenetic protein, has become a focus of the study.
OBJECTIVE: To evaluate the absorption and tissue reaction of nano-hydroxyapatite/collagen (nHAC) membrane for guided bone regeneration.
METHODS: Three kinds of guided bone regeneration membranes (nHAC, polylactic acid-polyglycolic acid, collagen) were implanted under the dorsal skin of the rats, which were respectively sacrificed on 10, 20, 30 and 45 days after implantation. Using hematoxylin-eosin staining, the specimens were assessed histologically for the quantify and quality of tissues surrounding the membranes, interface quality and degradation rate, the tissue reaction and degradation of three kinds of membranes were evaluated.
RESULTS AND CONCLUSION: There were scattered lymphocytes, but no macrophages in nHAC membrane. The surface of nHAC had some crystal calcium phosphates and the area decreased along with the time prolonging. The collagen membrane exhibited slight tissue reaction and completely degraded at 45 days. The polylactic acid-polyglycolic acid membrane infiltration increased and markedly wrapped up with tissues. The nHAC membrane has good biocompatibility and biodegradability in vitro, which meets the criterion of guided bone regeneration.

中图分类号:

R318

李文浩，张敏，刘静明. 纳米羟基磷灰石复合胶原膜的组织学评估[J]. 中国组织工程研究, 2010, 14(42): 7835-7838.

Li Wen-hao, Zhang Min, Liu Jing-ming. Histological evaluation of nano-hydroxyapatite/collagen membranes[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2010, 14(42): 7835-7838.

参考文献

引言

材料方法

讨论

胶原具有良好的生物相容性，在诱导骨再生中广泛使用。其可以引导纤维原细胞聚集形成早期的伤口覆盖，促进止血，有利于血块的稳定和伤口的愈合，形成胶原支架增加皮瓣厚度，维持一定的空间形态，保护血块，屏蔽不想要的组织和细胞(上皮细胞和结缔组织)，促进骨形成蛋白的分泌^[6] 。Bunyaratavej等^[7]认为孔径大于2 μm的胶原，可以调控白细胞长入，控制材料内感染。同时孔径多，表面积大，成骨细胞和特异性结合位点(精氨酸、甘氨酸)就多；表面具有的负电荷可以吸引成骨细胞，改变细胞的新陈代谢，提高细胞活力，形成蛋白多糖的聚集，促进细胞外基质的表达和骨形成因子的释放，促进成骨细胞黏附和扩散，提高成骨效率^[8-11] 。
本实验采用胶原作为nHAC膜的载体，孔径5~ 75 μm，满足孔径大于2 μm的要求。在植入早期，纤维包膜定量反应和胶原膜无明显区别，有少量的淋巴细胞和中型粒细胞浸润，纤维包裹层数较多，与胶原在植入初期的降解速度较快有关，但是与同期的PLGA膜相比，组织反应还是比较温和的。到了后期，纤维包膜定量反应和胶原膜相近，甚至更小。主要是由于胶原降解产物主要以短肽和氨基酸(天冬酰胺酸、谷胺酸盐)为主，其降解和吸收的过程中，产生的酸和产物可诱发周围组织轻微的炎症反应和多核巨细胞聚集^[12] 。羟基磷灰石在水和体液中，可以游离OH^-，使局部pH值升高，可以中和胶原降解产生的酸，提高膜表面的pH值，降低周围组织的炎症反应。
实验中，nHAC膜在30 d只有部分降解，依然保持膜的形态，在45 d破损，可见大量残渣，苏木精-伊红染色发现膜的形态还在，而胶原膜在45 d基本完全降解。羟基磷灰石起到关键作用。羟基磷灰石可以和胶原以共价键结合，形成网状结构，延缓降解速度，并且在表面构成屏障，降解受到物理屏障的作用，吸收减慢^[13] ，说明nHAC膜满足GBR的要求。
本实验采用清华大学生物材料系以仿生策略合成的nHAC膜，其表面的nHAC尺寸小，表面积大，表面能高，因而具有很高活性^[14] 。实验观察，在动物体内边缘有微小的蓝色深染，为钙化团块。随着体内植入时间的延长，钙化团块增多增大。nHAC膜表面凹凸不平，形成的网状结构可以引导骨细胞的黏附和聚集，成骨细胞受体分泌物附着在含有精氨酸、甘氨酸、天冬氨酸序列的I型胶原，或在体内吸收和分泌精氨酸、甘氨酸、天冬氨酸，在肌动蛋白的影响下，改变细胞形态和功能，调整DNA表达，增强细胞的黏附^[15-16] 。nHCA明显促进成骨细胞的表达和代谢物的分泌，促进钙离子的聚集和碱性磷酸酶的活性，成为钙离子聚集的引核，提高成骨细胞的黏附，爬行生长^[17-19] 。同时nHAC本身含有OH-，降解时局部呈碱性，加速钙离子的聚集。
国产纳米级羟基磷灰石复合胶原膜具有良好的生物相容性和适度的降解性，其网状气孔样结构有利于成骨细胞的黏附、成骨功能及局部钙化，适合引导骨组织再生的需要。同时其表面结构不均一，孔隙并不均匀，会影响材料的性能，纳米级尺度和颗粒表面形态的深度难以控制，有待加工工艺的改善和提高。

[1]	石前会, 伍超, 周倩, 程余婷, 李芳, 霍花, 齐昱晗, 黄晓林, 王永, 廖健. 种植体根尖病变的预防与治疗[J]. 中国组织工程研究, 2020, 24(34): 5434-5440.
[2]	张璇, 李云朋, 张雪健, 尹传蓉, 邓悦. 预成型钛网联合生物膜在美学区引导骨组织的再生 [J]. 中国组织工程研究, 2020, 24(26): 4112-4117.
[3]	章晓云, 陈跃平, 宋世雷, 张驰, 卓映宏, 杨楠, 占华松, 许灿宏. 丝素蛋白/壳聚糖复合支架有良好的细胞相容性与渗透性[J]. 中国组织工程研究, 2020, 24(16): 2544-2550.
[4]	李丽花，熊健，曹苹，钟梅玲，朱勇军，徐炜区，康文亭，佘振定，谭荣伟. 改性化学交联脱细胞真皮基质材料的生物相容性[J]. 中国组织工程研究, 2019, 23(26): 4206-4211.
[5]	贾鹏，张涛. 生物型cage椎间骨整合：界面的组织细胞学特性及骨整合愈合机制[J]. 中国组织工程研究, 2019, 23(26): 4249-4254.
[6]	王亮，郭玉兴，黄华，袁广银，张雷. 颌骨缺损修复用多孔镁合金支架材料的生物安全性评价研究[J]. 中国组织工程研究, 2019, 23(26): 4121-4128.
[7]	胡康，张伟. 胶原蛋白作为医用生物材料对缺损组织修复、再生及重建的作用与意义[J]. 中国组织工程研究, 2019, 23(2): 317-322.
[8]	赵康全，皮斌，沙卫平，葛建飞，杨惠林，王黎明. 复合N-乙酰半胱氨酸分子可片段化聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥的制备和性能[J]. 中国组织工程研究, 2019, 23(18): 2833-2841.
[9]	沈鑫，刘雪，宿烽，陈左生，李速明. 完全可降解聚乳酸及其共聚物的生物相容性：研究、应用与未来[J]. 中国组织工程研究, 2018, 22(14): 2259-2264.
[10]	张金哲，周群华，杨立群，张巍，李建新，金瑛，易东旭. 非生物降解型及生物降解型长效皮下埋植避孕剂的理论研究与应用进展[J]. 中国组织工程研究, 2017, 21(22): 3595-3601.
[11]	赵辉，雷民. 新型可吸收镁合金支架在血管内应用及生物相容性[J]. 中国组织工程研究, 2016, 20(8): 1168-1170.
[12]	周群华，杨立群，张巍，李淼. 吗啉-2，5-二酮及其衍生物：有价值的生物降解聚合物材料[J]. 中国组织工程研究, 2016, 20(30): 4524-4531.
[13]	林山，黄晓梅，芮钢，尹庆水. 数字化珊瑚羟基磷灰石人工骨支架的体外降解性能[J]. 中国组织工程研究, 2016, 20(3): 330-335.
[14]	刘大海，李开南，魏友华. 生物降解材料复合成骨因子在骨科应用研究中的进展[J]. 中国组织工程研究, 2015, 19(52): 8480-8486.
[15]	施纯朝，赵晓飞，吴晓峰. 聚丙交酯/乙交酯胆道支架生物降解及与宿主的相容性[J]. 中国组织工程研究, 2015, 19(25): 4002-4006.