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3D打印明胶/海藻酸钠/58S生物玻璃骨缺损修复支架的生物安全性评价

谭国忠  涂欣冉  郭黎洋  钟嘉琳  张阳  江千舟  
【摘要】:背景:在组织工程开发的多种生物材料中,明胶、海藻酸钠和58S生物活性玻璃在骨缺损修复中具有良好的生物相容性、适宜的降解性及较佳的成骨诱导性。目的:通过3D打印技术制备明胶/海藻酸钠/58S生物活性玻璃支架,研究其体外性能及生物安全性。方法:将明胶、海藻酸钠和58S生物活性玻璃与去离子水混合并搅拌均匀作为打印墨水,通过3D打印技术完成支架的制备,交联后冻干。(1)体外实验:采用扫描电镜和万能材料试验机检测支架的形态特征和抗压强度;将支架浸入模拟体液中16周,观察其降解速率;采用支架浸提液培养L929细胞3 d,观察细胞形态与生长状况;将支架与大鼠骨髓间充质干细胞共培养0,7,14,21 d,利用CCK-8法检测细胞增殖,DAPI染色观察细胞的黏附与存活,RT-PCR检测成骨相关基因的表达;(2)体内实验:在10只SD大鼠右下颌骨制备直径5 mm的全层骨缺损,实验组5只植入支架,空白组5只未植入支架,术后4周进行肝、肾功能检测、肝肾脑组织学与骨缺损区组织学观察。结果与结论:(1)体外实验:扫描电镜显示支架表面粗糙,呈蜂窝状结构;支架的平均杨氏模量为272.33 MPa;浸泡于模拟体液中前6周时,支架降解较快且速度均匀,第6周后降解速率减慢,仍大致保持均一的降解速率,在16周时降解率达18%;倒置显微镜显示,L929细胞在支架浸提液中生长良好,形态结构完好;随着培养时间的延长,骨髓间充质干细胞的增殖率增加;DAPI染色显示,骨髓间充质干细胞黏附于支架表面生长,由开始的堆积生长逐渐爬行及向四周扩展;RT-PCR检测显示,支架可促进骨髓间充质干细胞骨形态发生蛋白2、骨钙素、RUNX2 mRNA的表达;(2)体内实验:实验组支架植入后未影响大鼠肝、肾功能,未造成肝、肾和脑组织的病理损害;下颌骨骨缺损标本苏木精-伊红染色显示,实验组支架未完全降解,新生骨连接宿主骨与余留支架,新生骨组织周围可见少量成骨细胞浸润及炎性细胞浸润,空白组宿主骨边缘见少量新生骨及大量纤维组织;(3)结果表明,3D打印明胶/海藻酸钠/58S生物活性玻璃骨缺损修复支架的细胞相容性良好,无明显细胞毒性及组织毒性,具有良好的生物安全性。

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