可降解锌合金内固定材料体内埋植的生物安全性和降解性的实验研究
作者单位：中国人民解放军空军军医大学
学位级别：硕士
导师姓名：刘彦普;刘斌
授予年度：2019年
学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）]
摘 要：颌面部骨折是颌面外科的常见疾病。临床上,骨折愈合常常需要内固定来保证骨折的解剖复位、支撑以及稳定。骨折内固定的成功与骨折使用的内固定系统有密不可分的关系。根据内固定系统的降解特性,可将其分为不可降解内固定系统以及可降解内固定系统。不可降解内固定系统,如钛及钛合金内固定系统,有足够的强度,良好的生物安全性,但是可能会出现过敏、应力遮挡效应,导致骨折愈合不良和骨质疏松等情况。常需要二次手术取出,增加了患者的痛苦和经济负担,消耗了宝贵的医疗资源。对于可降解内固定系统,目前较为成熟的是聚乳酸内固定系统,已投入临床使用,但是由于其强度较差,降解局部环境呈酸性,易引起内固定失败、异物反应及无菌性炎症等。可降解金属材料中镁合金有良好的强度和生物安全性,但是其有降解速率过快,产生氢气,局部降解环境呈碱性的缺点,不能满足服役期的要求。可降解铁合金有良好的强度和生物安全性,但是降解速率过慢,氧化铁降解产物难以被机体清除代谢。可降解锌合金材料是一种新型的可降解金属材料,具有足够的机械性能、良好的生物相容性及适中的降解性。有望成为新的可降解内固定材料。本课题组前期进行了比格犬下颌骨骨折内固定研究,发现可降解锌合金内固定系统具有良好的骨折固定的有效性,植入后材料可以降解,血锌浓度在正常范围内波动,且心、肝、肾组织未发现异常。实验目的:前期实验对可降解锌合金的降解性和生物安全性仅做了初步探索。对于锌合金内固定材料的生物安全性,前期实验对埋植锌合金内固定材料后对于机体循环、代谢、免疫、及其他重要脏器等是否造成损害并未深入研究。前期实验固定犬双侧下颌骨骨折共使用两套小型锌合金内固定板钉系统,而临床中常见多发骨折和多处骨折,体内常常会植入多套内固定系统,对于可降解金属材料来说,内固定材料植入越多意味着更多金属离子的释放,而这可能对机体造成损害。对于锌合金内固定材料的降解性,如降解表面形貌、体内降解形式、降解产物等前期实验并未深入探究。且前期实验仅将锌合金内固定系统应用于犬下颌骨部位,临床上除了下颌骨,面中上部及四肢部位也是可降解锌合金潜在的应用部位,而可降解材料的降解情况取决于其所处的环境,故对于锌合金内固定材料在体内不同埋植部位是否有降解性的差异也需要研究。综上所述,有必要对锌合金内固定材料的生物安全性和降解性进行进一步深入研究,并探索体内埋植锌合金内固定材料的最大安全使用量,为研发综合性能更好的锌合金内固定材料以及锌合金内固定系统进入临床试验提供实验数据。本实验一、二部分选取比格犬体内四个部位进行埋植锌合金内固定板钉:额骨正中、双侧下颌骨、右侧股骨。拟观察样品降解表面形貌,了解样品体内降解形式,对其降解产物进行分析,观察不同潜在应用部位的降解差异,了解其降解性。观察血常规,血生化,血锌,内脏病理情况,对其生物安全性进行探究。本实验三、四部分在新西兰兔体内埋植4、6、8块锌合金内固定板钉,以质量比换算,相当于人体内埋植了2060块内固定板及2060颗螺钉。观察埋植大量锌合金内固定材料后血常规,血生化,血液微量元素,外周血T淋巴细胞CD4/CD8,内脏锌含量,重要脏器等是否出现异常。评价材料降解后是否对机体循环、代谢、免疫、重要脏器等造成损害,探索锌合金内固定材料体内埋植的最大安全使用量。实验方法:1.比格犬体内埋植实验:实验采用锌合金板钉产品型号规格为:四孔直连可降解锌合金内固定板:厚度为1.0mm,宽度为2.6mm。螺钉:直径为2.0mm,长度为7mm。方法:选取9只成年健康比格犬,随机分为3组,每组三只犬。于犬的额骨,双侧下颌骨,以及右侧股骨各植入一组锌合金板钉,每只犬埋植四组锌合金板钉。于术后3、6、9月行大体观察,血常规、血生化、血液锌元素检查,心、肝、脾、肺、肾、性腺、前列腺组织学检查以观察材料的生物安全性。扫描电镜,micro-CT以观察材料的降解性。2.大量锌合金新西兰兔皮下埋植实验:实验采用锌合金板钉产品型号规格同上。方法:选取18只新西兰大白兔分为三组,于皮下植入锌合金内固定板及钉各4、6、8块,于术后3、6月行大体观察,每个时间节点每组含动物三只。行血常规、血生化、血液微量元素检查,外周血T淋巴细胞CD4/CD8,心、肝、脾、肺、肾、性腺的组织学检查和内脏锌离子含量检测,材料称重,综合评价大量埋植锌合金内固定材料的生物安全性和降解性,探索体内埋植锌合金内固定板钉的最大安全使用量。实验结果:1.比格犬体内埋植实验结果:1.1生物安全性检测结果:可降解锌合金材料表面附着的白色粉末状物质在术后3,6,9月逐渐增多,去掉表面白色物质后,材料表面随时间推移愈加粗糙,术后血液白细胞、红细胞,血小板,血红蛋白,谷草转氨酶,谷丙转氨酶,白蛋白,总蛋白,尿素氮,肌酐,血锌与术前相比差异无统计学意义。术后3,6,9月对实验动物内脏行组织学检查,心、肝、脾、肺
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