β-TCP骨修复材料融合效果动物实验研究

宋楹卓丁坦杜俊杰罗卓荆

宋楹卓丁坦杜俊杰罗卓荆（第四军医大学西京医院全军骨科研究所陕西西安710032）

【摘要】目的研究β-TCP骨修复材料与异体骨材料、自体骨材料融合效果。方法将3种材料分别植入16只新西兰兔棘突与关节突之间，术后8周、12周分别取材，通过显微CT、切片HE染色及改良丽春红三色染色证实骨融合效果。结果术后12周终点，经上述检查证实，β-TCP骨修复材料与异体骨材料融合效果相近、较自体骨材料融合效果差。结论β-TCP骨修复材料作为一种骨替代材料，可以作为骨生成支架，对于新骨生成有骨传导作用。

【关键词】骨融合β-磷酸三钙

应用骨移植治疗骨缺损已有近300年历史[1]，目前骨移植材料主要包括自体骨、同种异体骨、人工骨，β-TCP骨修复材料作为人工合成骨替代材料用于骨缺损代替材料修复骨缺损在国内外已经进入临床[2-4]，β-TCP材料的生产、制备目前从技术上已日趋成熟，制备工艺逐步完善[5-6]，成品材料已批量进入临床。

本实验选用β-TCP骨修复材料（OSferion）、兔异体骨、兔自体骨分别植入同一实验兔棘突与双侧关节突之间，经术后8周、12周取材，进行大体解剖观察、microCT扫描新生骨定量及人工骨降解有限元分析、HE染色及改良丽春红三色染色，透视电镜及扫描电镜观察，比较骨材料、自体骨、异体骨对于新生骨生成的影响。

1材料与方法

1.1材料与器械

颗粒状多空支架材料（奥林巴斯骨修复材料奥斯泛朗-OSferionu），成分为β-磷酸三钙（β-TCP），分子式：Ca３(PO４)２-类似于正常骨成分Ca10(PO4)6(OH)2，β-TCP纯度99.9%，由湿磨法工艺完全人工合成。规格为3mm×3mm×2mm立方体，孔隙率为75%，孔径100-400μm，孔型为均匀分布球形，连接径80-120μm。

1.2动物实验过程

成年新西兰白兔（由第四军医大学实验动物中心提供），体重2Kg-2.5Kg，均为雄性，随机分为2组，每组8只，每只均于脊柱2个相邻分别植入β-TCP材料、异体骨、自体骨。

提前取完整兔骨架，修整成颗粒状，并经骨科研究所脱钙，及钴-60照射消毒备用。

采用速眠新1号（军事医学科学院军事兽医研究所），0.2ml/Kg肌肉注射麻醉，常规消毒、铺单，取背部棘突连线纵切口，长6cm，依次切开皮肤、皮下，尖刀直接沿棘突骨面切开，向双侧牵开肌肉，骨膜下剥离肌肉组织，显露棘突、椎板及双侧上关节突骨面，使用魔钻打磨棘突与关节突之间骨面，于相邻3节段棘突与关节突之间植入骨材料、异体骨及自体骨（自体骨为相邻3节段棘突），逐层缝合切口。术后常规预防感染，术后8周、12周分别取材观察。

1.3术后4周、8周、12周处死实验兔，取材，使用10%中性福尔马林溶液固定标本2周，修整取材标本，先进行显微CT检查分析，检查完毕后，部分标本使用改良苏木红三色染色，甲基丙烯酸甲酯包埋，进行硬组织切片，电子显微境观察，其他部分标本使用--脱钙3周，继续进行石蜡包埋后切片进行HE染色，电子显微镜观察。

1.4显微CT结果分析及组织学切片结果观察

使用显微CT扫面观察，观察切面上材料与骨结合紧密程度，同时使用灰度值分析，对材料与骨交界面1mm内灰度值进行测量，计算交界面处骨材料与骨的灰度值统计学差异。测量参数灰度值；

硬组织改良三色染色，脱钙石蜡HE染色电子显微镜观察。

1.5统计学处理

数据经SPSS16.0软件处理，各个参数的随时间变化的差异，用完全随机设计的单因素方差分析（one-wayANOVA），P<0.05时差异有统计学意义。

2结果

2.1大体观察

切口愈合良好，无红肿、脓性分泌物，骨材料与骨表面结合紧密，材料周围无坏死。

2.2显微CT分析

术后4，8周，12周测量材料与骨面交接面1mm内灰度值，经SPSS16.0统计软件进行统计学分析，结果认为术后8周材料界面内灰度值与骨面内灰度值有区别，P>0.05,术后12周材料界面内灰度值与骨面内灰度值相近，P<0.05。

表1术后8周12周骨材料材料灰度值分析表

术后8周骨材料灰度值分析，骨材料与自体骨灰度值有统计学差异，P>0.05,术后12周骨材料灰度值与自体骨灰度值无统计学差异，可以认为交界面1mm内骨材料与自体骨融合无差异。

表2术后8周12周异体骨灰度值分析表

由于异体骨材料与兔自体骨均为实验兔取材，灰度值分析术后8周，12周灰度值分析均无统计学差异。

骨材料显微CT图像（中央为棘突，周围为骨材料）

从显微CT图像可看到，材料与兔棘突骨交接边缘界限逐渐不清，显示融合影像。

2.3形态学观察

⑴术后8周及12周标本经硬组织切片改良三色染色切片，及脱钙软组织HE切片，证实材料空隙内部有骨细胞生长，证实骨材料骨支架作用。

术后12周切片改良三色染色可见①骨材料与骨边界不清，交界区空隙内有骨细胞核生成；②术后12周异体骨改良三色染色可见骨小梁结构存在，沿骨小梁走形少许骨细胞核存在；③术后12周自体骨改良三色染色可见骨小梁已经恢复连续性。

⑵①术后12周切片HE染色可见材料与骨边界不清，交界区孔隙内有骨细胞核生成；②术后12周异体骨HE染色可见骨小梁结构存在，沿骨小梁走形少许骨细胞核存在；③术后12周自体骨HE染色可见骨小梁已经恢复连续性。

3讨论

β-TCP材料作为骨替代支架材料并不能替代骨小梁结构的支撑作用，它只能作为结构支架，为新生骨提供一个爬行替代生长的空间，在骨材料孔隙中骨细胞生长的效率决定着骨替代材料的应用价值。

本实验采用一种可控性孔隙β-TCP材料植入兔棘突与关节突之间，并打磨骨面，使骨材料与骨面紧密接触，新生骨细胞可在材料与骨面交界面处优先生长，在短期内可以观察到骨细胞在孔隙内生长，同时通过显微CT观察交界面材料与骨紧密连接程度，并测量交界面材料与骨面灰度值，通过统计学分析得出结论。

4结论

经改良三色染色硬组织切片及脱钙石蜡切片电子显微镜观察，术后8周可见空隙内有骨细胞生成，术后12周空隙内骨细胞计数明显增加。同时期异体骨可见陷窝细胞及少许骨细胞，经统计学分析术后8周、12周骨材料中骨细胞生成量较异体骨明显升高。而同期自体骨已逐步愈合。

术后4周、8周、12周取材后经显微CT检查，从显微CT片可明确看到，术后8周、12周β-TCP材料与骨交界面逐渐模糊，进一步通过交界面1mm内材料与骨灰度值分析，可得出结论术后12周材料内灰度值与骨面灰度值已无差异。

经本实验证实，β-TCP骨替代材料具有骨生成支架传导作用，在实验终点，经显微CT、改良苏木红三色染色电子显微镜、HE染色电子显微镜检查，β-TCP骨替代材料对比异体骨及自体骨融合效果，认为β-TCP材料融合效果与异体骨材料相近，β-TCP材料融合效果不如自体骨。但相对于自体骨材料量有限，且取骨造成进一步损伤；而异体骨材料目前尚未进入大批量生产，且异体骨材料可能存在人体组织排斥可能，β-TCP作为一种人工合成材料，具有批量生产且无取骨损伤，组织相容性好等优点，多孔型用于骨缺损的填充[7]，在一定情况下可以作为理想的骨替代材料。

参考文献

[1]陆裕朴，胥少汀，葛宝丰，等主编.实用骨科学,第1版北京：人民军医出版社,1994.313-314.

[2]EpsteinNE.Ananalysisofnoninstrumentedposterolaterallumbarfusionsperformedinpredominantlygeriatricpatientsusinglamina.

autograftandbetatricalciumphosphate.TheSpineJournal8(2008)882–887.

[3]EpsteinNE.Betatricalciumphosphate:observationofusein100posterolaterallumbarinstrumentedfusions.TheSpineJournal9(2009)630-638.

[4]M.Hirata•H.Useofpurifiedbeta-tricalciumphosphateforfillingdefectsaftercurettageofbenignbonetumours.InternationalOrthopaedics(SICOT)(2006)30:510-513.

[5]JarchoM,BolenCH.Hydroxyapatitesynthesisandcharacterizationindensepolycrystallineform[J].MaterSci,1976,11(2):227-235.

[6]OsakaA,MiuraR,TaeuchiK,etal.Calciumapatitepreparefromcalciumhydroxideandorthophosphoricacid[J].MaterSciMed,1991,2(1):51-55.

[7]JarchoM.Calciumphosphateceramicsashardtissueprosthetics.Clin.Orthop.1981;157:259-78.