纳米羟基磷灰石膜聚氨酯复合材料的体内组织相容性

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2013.08.008

中国组织工程研究 ›› 2013, Vol. 17 ›› Issue (8): 1372-1377.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.2013.08.008

• 纳米生物材料 nanobiomaterials • 上一篇下一篇

纳米羟基磷灰石膜聚氨酯复合材料的体内组织相容性

郭雄波¹，黄宗海¹，李艳²，陈飞¹，姚晓军¹

1南方医科大学珠江医院普通外科，广东省广州市 510282
2南方医科大学附属何贤纪念医院病理科，广东省广州市 511400

收稿日期:2012-04-24 修回日期:2012-06-12 出版日期:2013-02-19 发布日期:2013-02-19
通讯作者: 黄宗海，教授，博士生导师，南方医科大学珠江医院普通外科，广东省广州市 510282 drhuangzh@yahoo.com.cn
作者简介:郭雄波☆，男，1980年生，广东省潮州市人，汉族，南方医科大学在读博士，主要从事胃肠道肿瘤微创治疗研究。 drguoxiongbo@live.com

In vivo histocompatibility of nano-nydroxyapatite and polyurethane composites

Guo Xiong-bo¹, Huang Zong-hai¹, Li Yan², Chen Fei¹, Yao Xiao-jun¹

1 Department of General Surgery, Zhujiang Hospital of Southern Medical University, Guangzhou 510282, Guangdong Province, China
2 Department of Pathology, Hexian Memorial Affiliated Hospital of Southern Medical University, Guangzhou 511400, Guangdong Province, China

Received:2012-04-24 Revised:2012-06-12 Online:2013-02-19 Published:2013-02-19
Contact: Huang Zong-hai, Professor, Doctoral supervisor, Department of General Surgery, Zhujiang Hospital of Southern Medical University, Guangzhou 510282, Guangdong Province, China drhuangzh@yahoo.com.cn
About author:Guo Xiong-bo☆, Studying for doctorate, Department of General Surgery, Zhujiang Hospital of Southern Medical University, Guangzhou 510282, Guangdong Province, China drguoxiongbo@live.com

摘要/Abstract

摘要：

背景：纳米羟基磷灰石与聚氨酯复合材料在体外实验中具有良好的相容性。
目的：验证纳米羟基磷灰石膜聚氨酯复合材料在大鼠体内的组织相容性。
方法：将18只SD大鼠随机分为复合材料组、聚氨酯组和对照组，复合材料组和聚氨酯组分别将纳米羟基磷灰石膜聚氨酯复合材料、聚氨酯植入大鼠背部肌肉内，对照组仅作切开缝合，未植入任何材料。
结果与结论：①大体观察：术后12周，各组切口与周围皮肤几乎无界限，聚氨酯组及复合材料组囊壁与材料融合较好，对照组皮肤已恢复正常。②组织学观察：术后4，8，12周，聚氨酯组及复合材料组切口周围组织中淋巴细胞数、中性粒细胞数及毛细血管量均高于对照组(P < 0.05)，复合材料组切口周围组织中淋巴细胞数、中性粒细胞数及毛细血管量均少于聚氨酯组(P < 0.05)。证实纳米羟基磷灰石膜聚氨酯复合材料具有较好的组织相容性。

关键词: 生物材料, 纳米生物材料, 纳米羟基磷灰石, 组织相容性, 聚氨酯, 复合材料, 国家自然科学基金, 生物材料图片文章

Abstract:

BACKGROUND: Nano-hydroxyapatite/polyurethane has been verified to have an excellent biocompatibility in vitro.
OBJECTIVE: To explore the biocompatibility between nano-hydroxyapatite/polyurethane composite and mouse tissues.
METHODS: Eighteen Sprague-Dawley rats were randomly divided into nano-hydroxyapatite/polyurethane group, polyurethane group and control group. Polyurethane and nano-hydroxyapatite/polyurethane were implanted into the back of rats, respectively, in the polyurethane and nano-hydroxyapatite/polyurethane groups. Nothing was implanted in the control group.
RESULTS AND CONCLUSION: (1) Body observation: Incision and surrounding skin almost had no boundaries in all the groups 12 weeks after operation. The capsule wall of polyurethane and nano-hydroxyapatite/ polyurethane groups was confluent well with the implant materials, and the skin of the control group recovered. (2) Histology observation: The number of lymphocytes, neutrophils and capillary vessels around the incisions was higher in the polyurethane and nano-hydroxyapatite/polyurethane groups than the control group (P < 0.05). In addition, nano- hydroxyapatite/polyurethane group has fewer lymphocytes, neutrophils and capillary vessels than the polyurethane groups (P < 0.05). It is verified that nano-hydroxyapatite/polyurethane composite has a better histocompatibility.

Key words: biomaterials, nanobiomaterials, nano-hydroxyapatite, histocompatibility, polyurethane, composite materials, the National Natural Science Foundation of China, biomaterial photographs-containing pap

中图分类号:

R318

郭雄波，黄宗海，李艳，陈飞，姚晓军. 纳米羟基磷灰石膜聚氨酯复合材料的体内组织相容性[J]. 中国组织工程研究, 2013, 17(8): 1372-1377.

Guo Xiong-bo, Huang Zong-hai, Li Yan, Chen Fei, Yao Xiao-jun. In vivo histocompatibility of nano-nydroxyapatite and polyurethane composites[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2013, 17(8): 1372-1377.

图/表（结果） 8

2.1 实验动物数量分析 18只SD大鼠均进入结果分析，无脱失。

2.2 各组大体观察结果 术后第1周，实验动物切口周围均红肿并突出皮肤，无脓性渗出。其中聚氨酯组材料表面光滑，与周围组织无粘连，实验组表面可见细胞附着生长。术后第4周，切口皮肤平软，未触及明显硬结。聚氨酯组与实验组可见材料被囊壁包裹，囊壁淡黄色，与材料结合松散；实验组表面组织生长良好；对照组恢复良好，切口未见明显异常。术后第8周，聚氨酯组和实验组切口皮肤平软，囊壁光滑呈白色，与材料结合牢固；对照组切口已不明显。术后第12周，各组切口与周围皮肤几乎无界限，聚氨酯组囊壁与材料融合较好，实验组囊壁与材料结合紧密，对照组皮肤已恢复正常。

2.3 各组组织学观察结果 聚氨酯组和实验组中性粒细胞、淋巴细胞和毛细血管数在第4周达到高峰，而后逐渐下降；对照组在植入后第1周即达到最高值，然后呈下降趋势，见图1-4。

术后不同时间点随机抽取5张切片，40倍镜下每张切片各4个视野，共20个视野，计数各组组织中淋巴细胞数、中性粒细胞数和毛细血管数并取其平均值，所得结果见表1-3。

术后材料周围组织中淋巴细胞、中性粒细胞、毛细血管数：术后时间和材料分组之间存在交互效应(P < 0.001)。术后同一组不同时间点之间差异有非常显著性意义(P < 0.001)。在同一时间点，点除第1周外，各组之间差异也有显著性意义(P < 0.05)。从时间看，除在第1周时各组之间差异无显著性意义外，在第4，8，12周各组之间差异均有显著性意义，聚氨酯组和实验组在术后第4周淋巴细胞、中性粒细胞、毛细血管的数量达到高峰后逐渐下降，到第12周降为最低，而对照组在第1周达到峰值后逐渐下降；对照组淋巴细胞、中性粒细胞、毛细血管数量最少，聚氨酯组最多。

参考文献

[1] Devesa JM,Rey A,Hervas PL,et al. Artificial anal sphincter: complications and functional results of a large personal series. Dis Colon Rectum.2002;45(9):1154-1163.

[2] Ruff CA, Vujevich JJ,Goldberg LH. Polyurethane dressing assisted epidermal suturing minimizes postoperative wound care.J Drugs Dermatol.2008; 7(7):675-677.

[3] Tang JL,Xi TW.Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu yu Linchuang Kangfu. 2007;11(5):936-939. 汤京龙，奚廷斐.纳米羟基磷灰石生物安全性的研究现状[J].中国组织工程研究与临床康复,2007,11(5):936-939.

[4] Gui JJ,Chen L,Chen S.hecheng xiangjiao gongye. 2005;28(2): 151-154. 眭建军,陈莉,陈苏.功能聚氨酯材料在生物医学工程中的研究进展及应用[J].合成橡胶工业,2005,28(2):151-154.

[5] Guo XB,Huang ZH,Zhang HB,et al.Guangdong Yixue. 2010; 31(1):52-54. 郭雄波,黄宗海,张宏斌,等.纳米羟基磷灰石膜复合材料与小鼠成纤维细胞的相容性[J].广东医学,2010,31(1):52-54.

[6] Cheng GC,Yan ZY,Luo L,et al.Anhui Yike Daxue Xuebao. 2007; 42(6):626-629. 程光存,严中亚,罗乐,等. 羟基磷灰石膜复合材料与人血管内皮细胞的相容性[J].安徽医科大学学报,2007,42(6):626-629.

[7] Lehur PA,Michot F,Denis P,et al. Results of artificial sphincter in severe anal incontinence. Report of 14 consecutive implantations. Dis Colon Rectum. 1996;39(12):1352-1355.

[8] Wu WL,Li J.Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu yu Linchuang Kangfu. 2006;10(45):217-219. 武卫莉,李佳. 硅橡胶与聚氨酯医用材料的生物学特性[J].中国组织工程研究与临床康复,2006,10(45):217-219.

[9] Rueda L,Garcia I,Palomares T,et al.The role of reactive silicates on the structure/property relationships and cell response evaluation in polyurethane nanocomposites. J Biomed Mater Res A.2011;97(4):480-489.

[10] Chen Y,Webster TJ. Increased osteoblast functions in the presence of BMP-7 short peptides for nanostructured biomaterial applications. J Biomed Mater Res A.2009; 91(1): 296-304.

[11] Zhou WY,Wang M,Cheung WL,et al.Synthesis of carbonated hydroxyapatite nanospheres through nanoemulsion.J Mater Sci Mater Med.2008;19(1):103-110.

[12] Geary C,Birkinshaw C,Jones E. Characterisation of Bionate polycarbonate polyurethanes for orthopaedic applications.J Mater Sci Mater Med.2008; 19(11):3355-3363.

[13] Caracciolo PC,Buffa F,Abraham GA.Effect of the hard segment chemistry and structure on the thermal and mechanical properties of novel biomedical segmented poly (esterurethanes). J Mater Sci Mater Med.2009;20(1):145-155.

[14] Meskinfam M,Sadjadi MA,Jazdarreh H,et al. Biocompatibility evaluation of nano hydroxyapatite-starch biocomposites.J Biomed Nanotechnol.2011; 7(3):455-459.

[15] Li X,Nan K,Shi S,et al.Preparation and characterization of nano-hydroxyapatite/chitosan cross-linking composite membrane intended for tissue engineering.Int J Biol Macromol. 2011;13(9):423-424.

[16] Khan I,Smith N,Jones E,et al.Analysis and evaluation of a biomedical polycarbonate urethane tested in an in vitro study and an ovine arthroplasty model. Part II: in vivo investigation. Biomaterials.2005;26(6):633-643.

引言

材料方法

设计：随机分组对比观察动物实验。
时间及地点：于2011年3至7月在南方医科大学珠江医院中心实验室完成，病理切片在南方医科大学附属何贤纪念医院病理科完成。
材料：
实验动物：健康SD大鼠18只，体质量约200 g，雌雄不拘，由南方医科大学动物实验中心提供，实验动物合格证号：SCXK粤2006-0015，在南方医科大学珠江医院中心实验室动物房普通级饲养。
试剂与仪器：
Reagents and instruments：

实验方法：
实验分组及干预：将18只SD大鼠按数字表法随机分为聚氨酯组、实验组和对照组，每组6只。3%水合氯醛(400 mg/kg)腹腔注射麻醉，麻醉成功后，给予肌肉注射青霉素(2.0-3.0) ×10⁴ U/kg 预防感染。备皮，置于无菌操作台，常规消毒，铺巾，每只大鼠于背部作4个不相邻切口，依次切开皮肤、皮下组织，钝性分离肌肉层，聚氨酯组植入医用聚氨酯，实验组植入纳米羟基磷灰石/聚氨酯，对照组切开后等待2 min(另外两组完成植入所需时间)，逐层缝合。伤口敷料覆盖，术后前3 d每天给予青霉素(2.0-3.0)×10⁴ U/kg肌肉注射预防感染。
术后处理及取材：术后每天观察大鼠生存状况及手术伤口愈合情况。于术后第1，4，8，12周，每组各取2只大鼠在腹部选择一个切口，实验组、聚氨酯组分别切取包裹材料周围的组织，对照组切取相近体积的组织，标本用甲醛固定，经脱水、包埋、切片(切片厚度3 μm)、苏木精-伊红染色，中性树胶封固。
主要观察指标：①各组动物生存状况及切口周围愈合情况。②光学显微镜下观察各组组织、细胞对处理因素的反应，同时从淋巴细胞、中性粒细胞浸润程度、毛细血管密度角度比较两种材料的组织相容性。
统计学分析：所有数据均使用SPSS 13.0软件包进行统计学处理，计量资料采用x(_)±s表示，统计分析采用重复测量数据方差分析，多重比较采用LSD法，方差不齐的采用Tamhane’s T2法；P < 0.05表示差异有显著性意义。

讨论

植入人体的生物医学材料应该具备不引起周围组织炎症和异物反应、无致癌致畸致过敏反应、长期植入后物理学性能不会下降且制作方便易于加工等特点。20世纪美国最先使用硅橡胶作为人工肛门括约肌的植入材料并一直沿用^[7]。硅橡胶具有柔韧性好、组织相容性高、抗氧化等优点，但作为人工括约肌长期使用容易发生磨损破裂^[8]。近年来国内外学者开始使用抗磨损性能更佳的医用聚醚型聚氨酯作为植入材料，以期制作出理想的产品。

通过选择适当的软硬段结构和比例，制作具有良好物理性能的医用聚氨酯材料^[9]，再结合纳米技术涂层纳米羟基磷灰石膜形成具有良好生物相容性的复合材料。与传统硅橡胶及单纯聚氨酯材料相比，复合材料具有更好的硬度和耐屈抗疲劳性^[10-11]，并且由于羟基磷灰石的隔离作用，聚氨酯可避免机体的氧化作用。聚氨酯独特的软链段和硬链段交替的结构，使其强度可以设计调整，微相分离结构使其具有良好的可塑性^[12-13]，有利于后期的加工制作。实验结果显示，复合材料在大鼠体内与周围组织相容性好，未见毒性反应，其植入大鼠体内仅在早期可见轻微的炎性反应，表现大体观察到的体征以及镜下中性粒细胞和淋巴细胞的升高，同时伴一定程度的毛细血管增生，在植入后12周已基本恢复正常。

当然以聚氨酯为基础构建的复合材料在柔韧性和弹性上受到了影响，在后期进一步制作成与目标材料相适应的形状和尺寸要求过程中可能产生新的问题，本实验结果虽然表明复合材料的组织相容性优于聚氨酯，但复合材料与聚氨酯的理化性质比较尚未深入。不过利用纳米技术将生物相容性上佳的羟基磷灰石与聚氨酯相结合制作理想的人工肛门植入材料的设想仍大有进一步探索的空间。

对纳米生物材料的研究时间还不是很长，距离全面临床应用仍有很大差距，但纳米羟基磷灰石的良好组织相容性已经得到公认^[14-15]。相信随着研究的深入，纳米生物材料必将在临床医学领域有广阔的应用前景^{[1, 16]}。

综上所述，纳米羟基磷灰石膜聚氨酯材料比聚氨酯材料具有更高的组织相容性，有进一步提高品质的潜力，可作为人工肛门括约肌的理想植入材料。

致谢：感谢解放军广州军区总医院张宏斌老师，中山大学宋飞老师，珠江医院中心实验室温坤老师在实验过程中提供的帮助。
基金资助：国家自然科学基金资助项目，“863”课题子课题(2007AA021901)，课题名称：纳米生物材料的制备及生物学评价；广东省科技计划项目基金资助项目(2009A030200014)，课题名称：智能型纳米复合材料原位人工肛门的研制；广州市海珠区科技计划项目(2009-Y-017)，课题名称：智能型原位人工肛门的研制；广州市科技计划项目(2009ZI-E251)，课题名称：智能型原位人工肛门的研制。
作者贡献：郭雄波进行实验设计，实验实施为郭雄波、姚晓军，实验评估为陈飞，资料收集为李艳，郭雄波成文，黄宗海审校，黄宗海对文章负责。
利益冲突：课题未涉及任何厂家及相关雇主或其他经济组织直接或间接的经济或利益的赞助。
伦理要求：实验过程对动物的处置依据国家科学技术部发布的《关于善待实验动物的指导性意见》。
作者声明：文章为原创作品，数据准确，内容不涉及泄密，无一稿两投，无抄袭，无内容剽窃，无作者署名争议，无与他人课题以及专利技术的争执，内容真实，文责自负。

纳米羟基磷灰石膜聚氨酯复合材料的体内组织相容性

In vivo histocompatibility of nano-nydroxyapatite and polyurethane composites

PDF

可视化

被引次数

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表（结果） 8

参考文献

相关文章 15

引言

材料方法

讨论

文章快阅

延伸阅读

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	刘江锋. 纳米羟基磷灰石/聚酰胺66复合材料联合锁定钢板治疗股骨骨纤维异常增殖症[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(4): 542-547.
[2]	李黎, 马力. 磁性壳聚糖微球固定化乳糖酶及其酶学性质[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(4): 576-581.
[3]	李晓壮, 段浩, 王伟舟, 唐志宏, 王旸昊, 何飞. 骨组织工程材料治疗骨缺损疾病在体内实验中的应用[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(4): 626-631.
[4]	周安琪, 唐渝菲, 吴秉峰, 向琳. 骨膜组织工程设计：共性与个性的结合[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(22): 3551-3557.
[5]	张振华, 刘姿辰, 禹宝庆. 聚己内酯及其复合材料在组织工程骨构建中的地位与问题[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(22): 3571-3577.
[6]	郎丽敏, 何生, 姜增誉, 胡奕奕, 张智星, 梁敏茜. 导电复合材料在心肌梗死组织工程治疗领域的应用进展[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(22): 3584-3590.
[7]	刘鋆, 杨龙, 王伟宇, 周玉虎, 吴颖, 卢涛, 舒莉萍, 马敏先, 叶川. 聚3-羟基丁酸酯4-羟基丁酸酯/聚乙二醇/氧化石墨烯组织工程支架的制备和性能评价[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(22): 3466-3472.
[8]	王任先, 曹晶晶, 王宏刚, 万奔, 刘巍峰. 几种分散剂对纳米羟基磷灰石团聚、细胞内分布和细胞增殖的影响[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(16): 2500-2505.
[9]	解健, 苏俭生. 静电纺丝取向纳米纤维作为组织工程生物支架的优势与特征[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(16): 2575-2581.
[10]	纪琦, 喻正文, 张剑. 3D打印金属基生物材料工艺和临床应用的问题与趋势[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(16): 2597-2604.
[11]	李晏乐, 岳肖华, 聂真, 张峻玮, 李朝辉, 聂伟志, 姜红江. 生物可吸收材料特点及在骨科中的应用[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(16): 2612-2617.
[12]	宋涯含, 吴云霞, 范道洋. 基于VOSviewer生物医学领域3D打印的知识图谱分析[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(15): 2385-2393.
[13]	钱楠楠, 张潜, 杨睿, 敖俊, 章涛. 间充质干细胞治疗脊髓损伤：细胞治疗及联合新药和生物材料[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(13): 2114-2120.
[14]	罗雅馨, 毕浩然, 陈晓旭, 杨琨. 细胞外基质与组织的再生与修复[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(11): 1785-1790.
[15]	贾巍, 张满栋, 陈维毅, 王晨艳, 郭媛. 股骨假体材料对人工膝关节置换性能的影响[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(10): 1477-1481.