可吸收金屬鎂鋅合金的降解與生物相容性.pdf

1、目的：⑴探討鎂鋅合金在模擬體液中的降解特性。⑵探討鎂鋅合金對小鼠成骨細胞MC3T3-E1的生物相容性。⑶探討金屬鎂鋅合金在動物體內(nèi)的降解特點、成骨特性以及材料降解后其產(chǎn)物對體內(nèi)心、肝、腎、脾、骨以及血鎂、肝腎功能等影響。 方法：①以鎂鋅合金與純鎂作為研究對象，通過電化學腐蝕實驗、靜態(tài)浸泡實驗、動力腐蝕實驗，掃描電鏡、元素分析和X線衍射等方法分析這些材料在模擬體液的降解情況。②通過鎂鋅合金對小鼠成骨細胞MC3T3-E1的毒性實驗、

2、溶血實驗探討材料對細胞的安全性；應用堿性磷酸酶染色和鈣結節(jié)四環(huán)素染色鑒定MC3T3-E1細胞成骨功能；將細胞MC3T3-E1分別種植在鎂鋅合金和聚乳酸表面后通過吖啶橙染色計數(shù)，分析細胞黏附結果，應用四環(huán)素染色法測定細胞在材料表面共培養(yǎng)后的礦化能力；運用RT-PCR方法測定細胞共培養(yǎng)后第3d、6d、9d、12d、15d與18d成骨細胞骨相關基因I型膠原αl、ALP和OC mRNA表達，在分子水平探討材料對成骨細胞骨相關基因mRNA表達影響

3、。③實驗分成鎂鋅合金組、聚乳酸組和陰性對照組。將鎂鋅合金植入新西蘭兔股骨遠端髓腔，分別與僅建立骨隧道組和聚乳酸組比較。通過X光片、掃描電子顯微鏡、熒光顯微鏡和元素分析鎂鋅合金在體內(nèi)的降解，運用硬組織苦味酸染色在光學顯微鏡和掃描電鏡下觀察材料與骨組織界面；測定外周血鎂、肝腎功能和血尿酸含量，將心、肝、腎、脾和骨組織制成病理切片，在組織學上分析材料對動物重要器官的影響。 結果：⑴電化學腐蝕實驗結果揭示鎂鋅合金在模擬體液中的腐蝕電位較

4、純鎂高，其腐蝕速率低于純鎂；鎂鋅合金在模擬體液的點蝕電位高于純鎂；靜態(tài)浸泡實驗結果提示鎂鋅合金在模擬體液浸泡3d的腐蝕速率明顯低于純鎂，是后者降解速度的一半，其值分別為0.15mm/yr和0.425mm/yr，兩者存在顯著性統(tǒng)計學差異(P<0.05)。材料浸泡30d的腐蝕速率均顯著下降，分別為0.05mm/yr和0.1mm/yr，各自與第3d的相比存在顯著性差別(P<0.05)。純鎂在模擬體液中腐蝕嚴重，出現(xiàn)裂紋，表面有較大腐蝕坑，鎂鋅

5、合金腐蝕相對均勻，未出現(xiàn)明顯腐蝕坑。元素分析表明鎂鋅合金表面腐蝕產(chǎn)物有大量Ca、P沉積，且腐蝕產(chǎn)物與材料的結合比純鎂的更加緊密。X衍射分析在純鎂和鎂鋅合金表面存在羥基磷灰石、氫氧化鎂等沉積物。動力腐蝕實驗結果也提示鎂鋅合金具有更強的耐腐蝕性能。純鎂和鎂鋅合金在模擬體液浸泡后的溶液pH值變化類似，浸泡初期pH值快速上升，20h左右從7.44上升到8.80以上，之后穩(wěn)定在9.00左右。⑵鎂鋅合金對小鼠成骨細胞MC3T3-E1無毒性，溶血實驗

6、陰性；細胞在浸提液培養(yǎng)后能表達ALP和鈣結節(jié)；在1h、2h和4h檢測的鎂鋅合金表面粘附細胞比聚乳酸表面的多，兩者存在統(tǒng)計學差異(P<0.05)；鎂鋅合金表面細胞的礦化結節(jié)面積比聚乳酸的大，兩者存在統(tǒng)計學差別(P<0.05)；細胞與材料相互作用后，鎂鋅合金表面細胞骨相關基因I型膠原α1、ALP和OC mRNA呈時序表達，與PLLA表面細胞的骨相關基因mRNA表達呈相同趨勢。鎂鋅合金表面細胞骨相關基因mRNA表達量比聚乳酸的多，但兩者無統(tǒng)計

7、學差別(P>0.05)。⑶鎂鋅合金在股骨髓腔內(nèi)能降解，術后14周約降解87％；鎂鋅合金降解后血鎂、肝腎功能和血尿酸等與術前相比無統(tǒng)計學差異(P>0.05)，心、肝、腎、脾和骨在組織學上細胞結構無改變；種植材料與骨組織一起經(jīng)塑料包埋后在光學顯微鏡和掃描電鏡下觀察種植體與骨組織交界面，發(fā)現(xiàn)其界面無炎性細胞浸潤，無界膜樣物質(zhì)形成；鎂鋅合金能促進骨組織形成，在形態(tài)上其降解速率比聚乳酸快；聚乳酸對成骨作用不明顯，與骨組織交界處存在纖維樣界膜。

8、 結論：①添加元素鋅能有效提高鎂基材料在模擬體液的抗腐蝕性能；鎂鋅合金與純鎂在模擬體液降解后存在羥基磷灰石沉積；鎂鋅合金與純鎂在模擬體液中降解會引起pH值升高。②鎂鋅合金能促進小鼠成骨細胞MC3T3-E1的增殖、粘附與細胞成骨功能，對細胞I型膠原αl、ALP和OC mRNA的時序表達無影響，對細胞MC3T3-E1具有良好的生物相容性，其安全性不亞于PLLA。③鎂鋅合金在新西蘭兔股骨髓腔能降解，術后14周約降解87％；鎂鋅合金降解后能