仿生多孔钛合金支撑棒对股骨头坏死早期骨修复的影响

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
81171773
项目类别：
面上项目
资助金额：
60.0万
负责人：
郭征
依托单位：
中国人民解放军第四军医大学
学科分类：
H0611.运动系统疾病研究新技术与新方法
结题年份：
2015
批准年份：
2011
项目状态：
已结题
起止时间：
2012-01-01 至2015-12-31

项目参与者：
雷家峰；范宏斌；徐虎；李靖；崔静萍；李小康；张涌泉；伍苏华；
关键词：
多孔仿生骨形态发生蛋白微球低弹钛合金

项目摘要

股骨头坏死是骨科的常见病，常因治疗不当导致残疾，是骨科治疗领域的难题和重点。虽然针对早期股骨头坏死已有许多治疗方法，但至今尚无最佳方案。多孔钽棒是目前早期股骨头坏死支撑的一种选择，但存在弹性模量均一、无生物活性等缺陷。如何设计理想的股骨头金属支撑棒，使其更好地发挥阻止骨坏死发展、促进骨修复和防止股骨头塌陷的作用，已成为该疾病治疗研究的热点。本研究引入仿生原理，模拟正常股骨头颈部的结构特征和力学特性，利用电子束熔融技术将新型低弹钛合金制备成股骨头多孔支撑棒，再将包封骨形态发生蛋白的控释明胶微球构建于多孔材料孔隙内，使支撑棒结构呈自然小梁状多孔，弹性模量可变，同时具有释放活性物质发挥骨诱导作用的能力，最终实现支撑棒的结构、力学和活性仿生效果，通过山羊股骨头坏死模型，验证该新型股骨头支撑棒的治疗效果，以期解决临床早期股骨头坏死治疗难题，为股骨头坏死治疗产品研发提供新的途径。

结项摘要

本课题根据人类股骨头颈部松质骨生物力学性质设计制备出弹性模量递变的多孔钛合金支撑棒，旨在克服上述弊端，为早期ONFH寻求一种理想的治疗方法。制备支撑棒的核心技术为电子束熔融（Electron Beam Melting, EBM）技术，原材料为Ti2448（Ti-24Nb-4Zr-8Sn）球形粉末，粉末粒径45μm以下。同时，在棒体小梁表面构建明胶微球/rhBMP-2缓释系统，以促进骨组织长入，增强支撑棒的整合效果。体内外实验验证该新型支撑棒对早期ONFH的治疗效果。.课题采取液氮冷冻法成功建立大动物早期ONFH模型，实验侧股骨头影像学和组织学检查表现出和人类早期ONFH相似变化；体外细胞学实验证明明胶微球/rhBMP-2细胞相容性好、无明显的细胞毒性，且具有良好的诱导成骨活性；体外缓释实验复合明胶微球/rh BMP-2的多孔钛合金有效缓释可达三个月以上；不同孔径多孔钛合金骨诱导实验得出适合骨长入的最佳孔径为500-800μm；通过调整多空钛合金小梁厚度、孔径及孔隙率大小调整多孔钛合金弹性模量，使其和人类股骨头颈部松质骨弹性模量相匹配，降低应力屏蔽效应，减少假体松动现象发生；设计制备的羊用股骨头支撑棒直径6mm，分长度43、47和51mm三个规格，尾部由实体钛合金制成，体部分规则孔径和仿生孔径两种类型；体内植入实验表明，多孔钛合金股骨头支撑棒对羊早期ONFH有治疗作用，未采取支撑治疗的坏死股骨头部分进展为坏死塌陷。.课题验证了适合骨长入的最佳孔径，得出明胶微球/rhBMP-2最佳复合参数并验证其和多孔钛合金复合的缓释效应，设计制备出和人类股骨头颈部力学性能相匹配的股骨头支撑棒，成功建立大动物早期ONFH模型，制备出和人类股骨头颈部松质骨结构一致的仿生骨小梁并验证了其骨长入效应和其对早期ONFH的治疗作用。上述结果对多孔钛合金股骨头支撑棒的设计完善、临床试验及后续的应用于临床有着很好的指导意义。.课题按计划完成规定的各项指标，相关成果发表SCI论文7篇，获得专利授权3项，申请国家发明专利1项，培养研究生5人。