仿生生物陶瓷支架构建的组织工程骨软骨复合体防治股骨头骨坏死塌陷的研究

股骨头塌陷是股骨头缺血坏死的严重后果。在股骨头缺血早期如何防治骨塌陷是十分重要的，但目前尚无治疗的有效方法。我们认为这些措施失败的根本原因在于没有认识到股骨头塌陷的结构力学及病理生理。.本研究为制作双足站立模型拟用鸸鹋为实验动物，并在前一阶段的研究基础上开展：1.与清华大学合作应用MICRO-CT以及三维微观应力分析，进一步深入探索正常股骨头及股骨头塌陷的生物力学机制。在骨小梁空间结构变化的基础上充分利用股骨头仿生生物陶瓷修复骨坏死区。2.研究双相磷酸钙生物陶瓷(BCP)骨再生过程中的抑制破骨过程,促进再成骨的有效配比。3.鉴于骨塌陷发生于破骨过程，应用BCP降解性能低的优点在破骨过程中起到支撑作用。4.利用组织工程技术的最新成果 ,构建股骨头负重缺损的支架内诱导功能组织工程复合体。探索防治股骨头塌陷的新方法的临床应用的可行性。

本课题深入探讨了股骨头骨坏死塌陷机制，成功构建鸸鹋股骨头坏死塌陷模型。采用局部冷热交替的方法建立鸸鹋塌陷性股骨头骨坏死动物模型具有较高的塌陷率，造模术后16周，股骨头塌陷率80%。以亚纳米级硫酸钡作为造影剂，采用Micro-CT骨内微血管造影可以在不破坏骨标本的基础下清晰的显示骨内微血管，不干扰影像及组织学检查，并实现骨内微血管与骨显微结构及矿物量同时定量评价；在股骨头坏死的研究中具有重要价值，可以用于股骨头坏死造模评估、骨坏死和修复机制及治疗评价的研究。.应用基于BCP组织工程支架修复股骨头坏死塌陷，不同配比的羟基磷灰石结晶对破骨细胞的不甚相同。通过对创伤性骨坏死模型进行对比研究，发现唑来膦酸通过抑制破骨细胞和血管新生，抑制了修复反应从而延缓了股骨头的塌陷，具有保持股骨头外形的作用，但不能逆转股骨头坏死的病程进展；调节成破骨活性，预防治疗股骨头坏死，Nell-1可以促进成骨细胞活动，改善修复反应中的骨量存留，具有保持股骨头外形的作用，但由于其未能纠正成骨滞后于破骨的状态；氯化锶可以促进成骨细胞，抑制破骨细胞和促进血管新生，改善骨质量，可以延缓股骨头骨坏死的病程进展，具有保护股骨头外形的作用。成功设计和完善了集成Micro-CT与力学加载装置的测试系统，结合体相关算法实现骨组织内部微观三维形变场的测量。本装置能够观测标本的微观结构影像与生物力学实验同步实施。对同种异体冻干骨组织经行改良处理，并将改良的异体骨植入实验动物体内，发现宿主对改良后的异体吸收显著减低，并且周围新生骨显著增多。采用局部缓释唑来膦酸防治大鼠股骨头坏死塌陷的实验研究，植入药棒组股骨头内骨密度显著高于其他组，并且股骨头形状保持良好。过纳米压痕技术研究了人股骨头骨坏死晚期标本中不同区域的骨组织结构以及纳米力学性能的变化，分析了骨小梁微观力学的改变与股骨头骨坏死的塌陷机制的联系。.研究成果成功转化试验成果，应用于临床治疗。以大型双足负重动物鸸鹋为研究对象，创新性的发现抑制破骨促进成骨可有效的避免骨修复过程中的力学强度减低，从而防止股骨头塌陷。采用依此原理治疗的早期股骨头骨坏死患者9例，平均随访12个月，所有病人患髋功能良好，股骨头外形完整，坏死面积缩小。