表面改性镁合金颈椎融合器的降解可控性及生物学特性的实验研究

Cervical interbody fusion cage had been widely used as the conventional implants for anterior cervical discectomy and fusion in clinical practice. However,Polyetheretherketones (PEEK)and carbon fiber reinforced ploymers are mostly used as materials for cage and therefore,there will be stress shielding effect and bone grafting is neccessary. Absorbable bioceramic, though, are of excellent biocompatibility and osteoinductive effect, it has the defect of hard weakness.The characters of new porous magnesium alloys are mostly the same as human bone and by surface modification, which is realized by bioceramic coating, will effectively slow down the degradation rate which is too fast as implant. However,it has never been used for interbody cage and in vivo study is limited. As a result, there is no previous study about coating methodology, coating status evaluation， fusion rate and cervical biomechanical characterization after implantation as research basis.Our study is designed to implant such a new porous magnesium alloys cage in goat model, then cage degradation and interbody fusion will be evaluated through radiology and histology. Simutaneously, various tests will also be performed to explore cervical biomechanical changes accompanied with cage degradation. This study will make it much more detail, scientific and straight forward to demonstrate the possibility of magnesium alloys cage in clinical application.

颈椎间融合器作为颈椎前路融合术的常规植入物在临床大量使用。目前使用的融合器以不可吸收的聚醚醚酮(PEEK)以及碳纤维材料为主，易产生"应力遮挡效应"及需要辅助植骨；生物陶瓷材料虽然具有良好的生物相容性及骨诱导性，但其脆性较大，易碎裂。新型可吸收多孔镁合金生物学特性更接近人骨，通过生物陶瓷涂层实现表面改性,可显著改善镁耐蚀度差、降解速率过快的问题。此种技术尚未应用于颈椎间融合器的制作中，大动物体内实验甚为匮乏，因而对于涂层的方法的选择、涂层效果的评估、椎间融合的效果以及植入后颈椎力学特性的改变均无前期研究可供参考。本课题拟将具有仿生法钙磷涂层的多孔镁合金融合器植入山羊颈椎模型内，通过影像及组织学方法观察其完整降解及骨融合过程，同时将颈椎生物力学特性的改变与融合器降解结合起来，更为细致、科学、直观地探讨表面改性镁合金颈椎融合器临床应用的可能性。

本课题拟对镁合金颈椎融合器的降解可控性及生物学特性进行深入研究，获得相应数据，旨在设计出生物相容性、生物力学特性、降解可控性及骨诱导性均较好的可降解镁合金融合器，对其进行体内植入实验，评估该支架的骨生长融合及腐蚀动力学等表现。本课题进行至今基本完成预期任务，发表SCI论文2篇，中文核心期刊论文2篇，共培养博士研究生1名，硕博连读生1名。具体实验情况如下：.在对山羊椎间隙结构进行评估后，制备符合要求的楔形多孔结构镁合金融合器，该材料生物力学性能较好，可以满足椎间植入要求。通过微弧氧化表面改性技术制备主要成分为硅的活性涂层，扫描电镜结果显示涂层完整且致密的覆盖与融合器基质表面，体外腐蚀实验提示该涂层可有效控制融合器的降解速度。.使用镁合金融合器对24只山羊制作颈椎动物模型，并与自体髂骨进行对照，根据饲养周期分为3周组、6周组、12周组及24周组。在此期间行血液学、影像学、Micro-CT、组织学及激光剥蚀检测，结果显示，镁合金融合器具有良好的生物相容性及生物力学特性，同时表面改性技术对材料的腐蚀速率有令人满意的控制，此外研究发现椎间隙内出现镁离子浓聚及钙磷比失调的微环境改变是影响局部骨质的生长情况的因素之一。.此外，考虑到镁合金材料优良的生物力学特性及可降解特性，课题组创新型地设计可降解颈椎前路一体加压内固定装置，该装置结构简单，操作简便，成本较低，同时可以有效避免植入钢板螺钉长期存在所引起的应力遮挡效应、异物反应及内固定移位等并发症。.综合多方面实验情况而言，通过本次实验我们初步获得了控制镁合金材料降解速率的方法，验证了材料在生物体内使用的可行性，分析了椎间隙特殊的微环境对镁合金材料降解及镁离子浓聚的影响，研究椎间隙骨质生长与镁离子聚集的相关性，因此我们认为，本次实验结果为可降解镁合金材料作为脊柱外科手术材料的研制和发展提供了坚实的基础，也为进一步的实验提供了明确的方向。