新型复合生物陶瓷骨支架的制备与促进骨长入作用的研究

The implantation of porous bone scaffolds can effectively induce bone ingrowth and repair bone fractures; however, poor osseointegration and osteoinduction of present 3D-printed scaffolds impair their clinical applications. Therefore, it is becoming increasingly important to improve 3D-printed scaffold properties, such as the osseointegration and osteoinduction. The novel carboxymethyl chitosan-combined calcium phosphate silicate cement (CMC-CPSC) has demonstrated improved osseointegration and osteoinduction properties and, after implantation, increases bone ingrowth and the capacity to restore fractured bones. In this present research, the interfering effects and mechanisms of CMC on CPSC hydration, the preparation of novel bioceramic bone scaffolds, and the mechanical properties, biocompatibility, osseointegration and osteoinduction of bioceramic bone scaffolds will be thoroughly investigated and elaborated. Furthermore, how this novel bioceramic bone scaffold encourages bone ingrowth and fracture restoration will be examined in animal models.

植入多孔结构的骨支架可以有效地促进骨长入从而加速重建受损骨骼。然而目前通过3D打印制备的生物陶瓷骨支架存在骨融合性低、骨诱导性差等缺陷，如何提高骨支架的骨融合与骨诱导性已成为研究热点。新型复合羧甲基壳聚糖-磷硅酸钙生物陶瓷具有优异的骨融合性与骨诱导性，可以促进植入后骨支架部位的骨长入，提高骨缺损部位的重建能力。在本项研究中，羧甲基壳聚糖影响磷硅酸钙理化性能的作用机理、新型复合生物陶瓷骨支架的制备工艺、生物陶瓷骨支架的机械性能、生物相容性、骨融合性与骨诱导性是研究的重点内容。通过制备新型复合生物陶瓷骨支架，在病理模型中验证骨支架对骨长入的促进效果。

骨缺损作为一种临床常见疾病，全世界每年因合并骨折感染、骨肿瘤或其他合并症造成的骨缺损患者数以千万。骨缺损影响患者的正常生活，严重情况下会造成部分功能丧失。人工骨移植是目前治疗骨缺损研究的热点内容。通过对人工骨材料进行结构和功能修饰，使人工骨材料在机械性能、生物相容性及成骨活性等方面更接近自体骨骼是生物材料领域研究的重点。.本研究利用3D打印技术制备了不同尺寸和形状的新型复合生物陶瓷骨支架。探究了影响磷硅酸钙理化性能的作用机理、复合骨支架的制备工艺、骨支架的机械性能、生物相容性、骨融合性与骨诱导性。与此同时，在提升磷硅酸钙机械性能、压电性复合生物陶瓷以及载药生物陶瓷等方面也进行了研究。结果表明，复合生物陶瓷骨支架具有与松质骨相似的力学特性并且具有良好的生物相容性与生物活性；纤维素纳米纤维的加入可以提升磷硅酸钙生物陶瓷的机械性能；含有聚偏二氟乙烯的复合生物陶瓷骨支架具有与自体骨相当的压电性，能够促进成骨细胞的再分化；载有醋酸亮丙瑞林的可注射骨水泥具有良好的生物相容性，在骨质疏松性骨折模型中表现出了促进骨再生的能力。.通过本项目的实施与开展，我们在新型复合生物陶瓷骨支架的制备、理化性能的研究、生物相容性与骨融合性等方面有了更加深入的认识，为进一步深入研究复合人工骨材料奠定了坚实的基础。中国现已成为老龄化人口大国，各类疾病引起的骨折与骨缺损严重影响老年人的身体健康。生物医用骨材料的国产化将会显著地降低治疗成本，减轻患者的经济负担。新型复合人工骨材料的研究也将会为骨缺损治疗提供新的材料与治疗方法。