增强型生物陶瓷仿生颈椎间融合器的解剖学及生物学特性的实验研究

颈椎间融合器已经作为颈椎前路融合手术的常规植入物，在临床大量使用。但目前的椎间融合器多依赖进口，其形态结构难以适合国人的解剖特点，而且现有的融合器都无法同时实现骨融合和材料的降解吸收。本课题拟首先对较大样本的国人颈椎间盘的解剖结构进行深入的研究，运用硅胶灌注的方法，获取颈椎间盘的三维数据，制作适合国人的颈椎融合器模具，课题组将利用自有的增强型多孔生物陶瓷技术，即密质和多孔相结合的材料,研发一种新型的颈椎间融合器，使其既有良好的力学性能和骨传导作用，又能被降解吸收。该增强型生物陶瓷颈椎间融合器将具有国人的解剖学特征、足够的力学强度、良好的融合效能。并通过山羊动物模型，研究其在体内的生物学效应和融合效果，为增强型生物陶瓷仿生颈椎间融合器的临床应用，提供科学的伦理依据。

本课题拟对国人的颈椎解剖结构和生物力学进行深入的研究，获取得相应的数据，并设计出既有良好的力学性能和骨传导作用，又能被降解吸收的生物陶瓷颈椎融合器，对其进行体内种植实验，评价该制品的骨生长、骨融合、材料降解及生物力学性能。从实验结果来看基本完成预期结果，已发表论文2篇，修回待发表1篇，另有3篇处于审稿阶段中，共培养博士研究生1名，硕士研究生2名。具体实验情况如下：.本研究共分为三部分内容：首先选取8具男性新鲜尸体，行CT扫描后进行解剖学数据测量；外固定支架固定颈椎标本，刮除椎间盘及软骨终板，在间隙内灌注硅胶后取出模型，创作其三维图像再次测量相同数据，并将两种数据进行比较。结果发现CT测量结果准确，可以作为测量较大样本量颈椎标本的可信方法。硅胶塑形法与其相结合，能更好地为符合国人解剖特点的仿生型颈椎椎体间融合器的研发工作提供形态学依据。. 再次选取8位正常青年男性行颈椎CT扫描，使用逆向工程软件对各节段颈椎终板图像进行三维曲率测量，实验初步结果显示终板内部不同点间曲率不同，但深度及宽度方向上的曲线曲率分布总体相同；且同一个体不同上/下终板间、不同个体相同终板间总体曲率分布无明显差异；终板曲率与终板宽度相关度更高。. 动物实验方面，本研究使用了增强型β-TCP 颈椎间融合器，饲养36只2岁成年山羊，随机分为自体髂骨、单纯融合器及融合器+BMP组，通过影像学及硬组织切片测量评价每组的椎间隙高度维持及融合器情况。结果显示即使是仅在诱导成骨效果较弱的ErhBMP-2的作用下，新型β-TCP颈椎间融合器能在拥有令人满意的生物相容性及降解率的情况下，能有效保证融合率并提供足够的力学支持，且术后椎间隙高度丢失程度较低。. 综合多方面实验情况结果来看，通过本次试验我们初步获得了国人颈椎解剖的比较可靠、新颖并能反应细节情况的三维数据，并且通过动物实验发现增强型β-TCP生物陶瓷融合器在保证足够的生物支持力及令人满意的融合率的情况下，能有效的降解并具有良好的生物相容性，有效的弥补了传统融合器的缺陷，因此我们有信心认为，本次试验结果为将来比较成熟的解剖型生物可吸收颈椎间融合器的研制与发展提供了坚实的基础。