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骨形态发生蛋白复合物结合CAD/CAM技术原位修复喉甲状软骨缺损的实验研究

作　者: 胡万青
导　师: 张龙城
学　校: 桂林医学院
专　业: 外科学
关键词: 重组人骨形态发生蛋白-2 羟基磷灰石 Ⅰ型胶原计算机辅助设计/计算机辅助制造快速成型技术甲状软骨原位修复
分类号: R767.91
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

目的：结合计算机辅助设计/计算机辅助制造（CAD/CAM）技术与快速成型（RP）技术，以重组人骨形态发生蛋白-2（rhBMP-2）、Ⅰ型胶原、羟基磷灰石（HA）为材料，制作个性化人工材料支架修复兔甲状软骨缺损，寻求一种原位修复甲状软骨缺损的新途径，为临床个性化甲状软骨缺损的修复和重建提供新的技术和方法。方法：泡沫凝胶注模法制备不同HA体积分数（60%、50%、40%）的标准样件（直径10cm、高10cm圆柱体）并行生物力学检测；运用256层极速CT对新西兰大白兔的喉部进行扫描，重建出其甲状软骨的三维结构，以正中矢状面为界，利用计算机软件模拟手术切除一侧甲状软骨，以未切除侧甲状软骨为镜面，获得切除侧结构的镜像图像，三维重建缺损的软骨支架部分，采用CAD软件完成快速模具的分模设计，并将凸凹模具以.STL格式导出；应用RP技术达到支架模具的精确可控制造；并以重组人骨形态发生蛋白-2（rhBMP-2）、Ⅰ型胶原和羟基磷灰石（HA）为重建兔甲状软骨缺损的支架材料，运用泡沫凝胶注模法制备不同HA体积分数（60%、50%、40%）的个性化人工材料支架，检测其孔隙率。结合不同HA体积分数标准样件生物力学及人工材料支架孔隙率检测结果，选定适合的支架作为植入体。选取32只新西兰大白兔（雌雄各半，雌兔月龄6-10个月，雄兔月龄8-10个月，体重2.5-3kg），随机选取30只分为2组，每组15只，以正中矢状面为界，切除一侧甲状软骨，A组为缺损区植入rhBMP-2/CHA复合支架，B组为缺损区植入CHA支架；支架均为术前制备的个性化人工材料支架。分别于术后1、3、7周各组随机抽取5只兔取材行大体标本观察、组织学检查，其中术后7周在两组中随机抽取4只兔行电子喉镜检查。另2只兔分为C组，植入非个性化rhBMP-2/CHA支架，支架为大致按照实验动物单侧甲状软骨制作的支架，术后7周行电子喉镜检查、取材行大体标本观察及组织学检查。结果:1、不同HA体积分数标准样件生物力学检测结果HA体积分数60%组、HA体积分数50%组抗压强度明显高于HA体积分数40%组；HA体积分数60%组抗压强度明显高于HA体积分数50%组，P<0.05为差异有统计学意义。2、不同HA体积分数支架的孔隙率检测结果HA体积分数40%组、HA体积分数50%组支架孔隙率明显高于HA体积分数60%组；HA体积分数40%组支架孔隙率明显高于HA体积分数50%组，P<0.05为差异有统计学意义。3、术后一般情况术后动物一般情况良好，当日动物清醒，发声正常，开始饮水，次日开始进食；术后切口I/甲愈合，不用拆线，线结10天左右自行脱落，切口无明显出血、红肿、渗出及感染、化脓等并发症，未见免疫排斥反应。4、电子喉镜检查结果术后7周在A、B两组中随机选取4只兔行电子喉镜检查见：两组实验动物喉腔黏膜无炎症、无肉芽生长，声带闭合良好，喉腔通畅、无塌陷现象的发生。C组实验动物喉腔黏膜无炎症、无肉芽生长，声带闭合欠佳，喉腔欠通畅。5、大体观察术后1周，A、B两组材料均被纤维结缔组织包裹，材料部分降解。术后3周，A组支架材料降解完全，可见少量半透明状的骨性结节；B组支架材料降解完全，较多纤维结缔组织生成，未见骨样组织覆盖。术后7周，A组支架材料降解完全，缺损区有块状骨性组织生成，切面呈黄白色，质地较硬，且新生骨质与对侧未切除甲状软骨边缘紧密结合；B组支架仍只见纤维结缔组织包膜；C组支架材料亦降解完全，缺损区有块状骨性组织生成，切面呈黄白色，质地较硬，但新生骨质与对侧未切除甲状软骨边缘结合欠紧密。6、组织学检查结果A组术后1周：炎症反应明显，以中性粒细胞浸润及单核样组织细胞为主，多见肉芽组织，可见新生的毛细血管，材料部分降解，手术边缘区域软骨细胞反应性增生。A组术后3周：炎症反应不明显，材料降解完全，伴有大量多核样组织细胞增生及吞噬，局部可见单核样组织细胞增生；手术区域软骨母细胞增生伴成软骨区域形成；手术区微血管增生伴肌性血管形成。A组术后7周：炎症反应不明显，材料降解完全，伴有大量多核样组织细胞增生及吞噬，局部可见单核样组织细胞增生；手术区域软骨母细胞增生伴成软骨区域形成，可见软骨细胞增生及软骨骨质形成。B组术后1周：炎症反应明显，以中性粒细胞浸润及单核样组织细胞为主，多见肉芽组织，可见新生的毛细血管，材料部分降解，材料周围多见幼稚的成纤维细胞增生，部分区域纤维细胞成熟。均未见软骨细胞及成熟骨细胞生成。B组术后3周：炎症反应不明显，材料完全降解，伴有大量多核样组织增生及吞噬，局部可见单核样组织细胞增生，材料周围多见成熟的纤维细胞。均未见软骨细胞及成熟骨细胞生成。B组术后7周：炎症反应不明显，材料完全降解，伴有大量多核样组织增生及吞噬，局部可见单核样组织细胞增生，材料周围多见成熟的纤维细胞，部分纤维细胞玻璃样变。均未见软骨细胞及成熟骨细胞生成。C组术后7周：炎症反应不明显，材料降解完全，伴有大量多核样组织细胞增生及吞噬，局部可见单核样组织细胞增生；手术区域软骨母细胞增生伴成软骨区域形成，可见软骨细胞增生。结论:1、结合CAD/CAM、RP技术，采用泡沫凝胶注模法成功制备了个性化的人工材料支架，该支架解剖外形良好，具有良好的组织相容性及稳定的支撑作用。2、rhBMP-2/CHA复合支架与宿主组织紧密结合，且能诱导缺损部位形成新生软骨，具有良好的骨传导性及骨诱导活性，是骨组织工程学中一种新型替代骨组织的生物活性材料和支架材料。3、本实验的成功为临床个性化甲状软骨缺损的修复和重建提供了实验依据，也为将来的临床应用提供新的技术和方法。

全文目录

中文摘要  5-8
ABSTRACT  8-12
英汉缩略词对照表  12-13
1 前言  13-23
  1.1 常见修复甲状软骨缺损的材料  13-14
  1.2 复合材料在软骨及骨组织缺损修复中的应用  14-17
    1.2.1 骨形态发生蛋白在软骨及骨组织缺损修复中的应用  14-16
    1.2.2 胶原蛋白在软骨及骨组织缺损修复中的应用  16
    1.2.3 羟基磷灰石在软骨及骨组织缺损修复中的应用  16-17
  1.3 支架材料作为骨形态发生蛋白载体的研究  17-20
    1.3.1 羟基磷灰石作为骨形态发生蛋白的载体  17-18
    1.3.2 胶原作为骨形态发生蛋白的载体  18-19
    1.3.3 羟基磷灰石与胶原的复合载体  19-20
  1.4 CAD/CAM 技术及 RP 技术在医学外科领域的运用  20-21
  1.5 选题意义  21-23
2 材料与方法  23-28
  2.1 实验材料与仪器  23
    2.1.1 实验材料  23
    2.1.2 实验仪器与器械  23
  2.2 实验动物  23-24
  2.3 实验方法  24-28
    2.3.1 HA 支架的制备  24-26
      2.3.1.1 制备标准样件  24
      2.3.1.2 标准样件的生物力学检测  24
      2.3.1.3 活体三维数据重建  24-25
      2.3.1.4 CAD 数模  25
      2.3.1.5 RP 技术制造模具  25
      2.3.1.6 泡沫凝胶注模制备多孔 HA 支架  25
      2.3.1.7 支架的孔隙率测定  25-26
    2.3.2 rhBMP-2/CHA 复合支架的制备  26
    2.3.3 动物实验  26
      2.3.3.1 实验分组及处理  26
      2.3.3.2 动物实验手术操作  26
    2.3.4 术后观察及检查  26-28
      2.3.4.1 大体观察  27
      2.3.4.2 电子喉镜检查  27
      2.3.4.3 组织学观察  27
      2.3.4.4 统计学分析  27-28
3 结果  28-35
  3.1 不同 HA 体积分数标准样件生物力学检测结果  28
  3.2 不同 HA 体积分数支架的孔隙率检测结果  28-29
  3.3 一般情况  29
  3.4 电子喉镜检查  29-30
  3.5 大体观察  30
  3.6 组织学检查结果  30-35
4 讨论  35-40
  4.1 确定支架制备方案  35
  4.2 实验动物的选择  35-36
  4.3 实验观察时间的选择  36
  4.4 骨形态发生蛋白载体的研究  36-37
  4.5 BMP 的复合方法  37
  4.6 支架材料的生物相容性  37-38
  4.7 CAD/CAM 技术与 RP 技术的结合应用  38-39
  4.8 课题的创新性  39-40
5 结论  40-41
参考文献  41-46
喉气管缺损修复重建材料的研究进展(综述)  46-54
  参考文献  51-54
攻读学位期间发表的学术论文目录  54-55
致谢  55-56
桂林医学院硕士研究生学位论文答辩资格审查表  56

骨形态发生蛋白复合物结合CAD/CAM技术原位修复喉甲状软骨缺损的实验研究

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