含钆羟基磷灰石复合支架制备及微观结构的初步研究

含钆羟基磷灰石复合支架制备及微观结构的初步研究

孔维丽 申福国孙文才郭浩 金松 肖文龙 马麟

齐齐哈尔医学院附属第三医院，1.骨科 2.呼吸科 黑龙江 齐齐哈尔 161000

摘要 目的 通过均相沉淀法制备一种掺钆羟基磷灰石复合支架，为组织工程中软骨损伤修复提供新型工程支架。 方法 采用均相沉淀法进行制备含钆化合物的羟基磷灰石复合支架，电镜下评估掺钆羟基磷灰石复合支架空隙率、形态结构是否满足实验要求。 结果 制备的掺钆羟基磷灰石复合支架电镜下电镜下可见孔隙为蜂窝状结构，相互连通性良好，三维立体结构。 结论 制备掺钆羟基磷灰石复合支架，具有很好的孔隙率及大孔径的三维立体微孔结构，基本满足支架形态要求。

关键词：羟基磷灰石; 稀土元素; 软骨损伤; 组织工程

由于创伤、慢性炎症、老龄化等导致的关节软骨损伤发病越来越高[1]。软骨组织损伤后自我修复能力有一定局限性，如不能进行很好修复，将来可能发展成骨性关节炎。目前临床中治疗膝关节软骨损伤主要为软骨移植、微骨折等治疗方法[2]，但是临床中各种治疗方法均存在一定局限性，其临床治疗效果并不可观。随着组织工程发展，软骨再生及支架材料的兴起，给软骨损伤患者带来了福音[3]。

目前羟基磷灰石已经在临床得到部分运用，尤其是在骨缺损治疗方面。人骨中还存在微量的稀土元素，微量稀土元素化合物其对细胞增值及分化有“高抑低促”的作用”作用[4]。我们利用羟基磷灰石为基石和微量稀土化合物钆促进细胞增值特性，设计出一种新型复合支架材料，有望为临床软骨缺损提供新的支架材料。

材料与方法

材料：剂氢氧化钙、硝酸钆、磷酸、聚丙烯酸纳溶液六偏磷酸钠、无水天乙醇

方法：参考文献[4]过程通过均相沉淀法进行制备：取85%磷酸按照磷酸:水=4:1(体积比)稍加稀释后缓慢滴入Ca(OH)2悬浊液，获得澄清溶液后，在140℃烘箱中烘10-12h，在85-95℃时结晶析出片状无色晶体即为Ca(H2P04)2 •H20晶体。取上述结晶溶解成Ca(H2P04)2•H20溶液稳定后，加入饱和Ca(OH)2溶液，强力搅拌2min，待溶液完全反应后进行下一步操作。根据不同的掺钆比例，加入不同量的饱和的Ca(OH)2溶液，其配比条件是根据参考文献[13]保证摩尔比(Ca+Gd)/P=1.67的条件下，不同的Ca、Gd含量与加入饱和的Ca(OH)2溶液量。取干燥无水的Gd(N03)3晶体，根据Ca、Gd含量进行加入上述溶液后充分反应后静止5min，加入一定量的分散剂，检测PH，加入NH3•H2O进行调试PH为7左右。取上述溶液进行用超声处理10min，每1h进行1次，连续5个周期，最后静置获得胶冻状备用。将溶胶状液体低温冷冻24小时，温度设置为零下20℃，干燥后200℃煅烧获得n-Gd/HAP粉末。模具内制备含钆羟基磷灰石复合支架行电镜观察。

结果

制备的含钆化合物的羟基磷灰石支架电镜下可见孔隙为蜂窝状结构，相互连通性良好，行表面观察见羟基磷灰石颗粒呈不规则多边形，相互紧密排列，但个别颗粒之间有微孔形成。如此大孔隙与微孔隙共存的三维立体结构，为种子细胞的增殖、分化提供了良好的支架条件。如下图

讨论

羟基磷灰石（HA）是目前研究较多的活性生物材料之一因其具有良好的生物相容性和一定的力学性能，近年来备受学者青睐[5]。羟基磷灰石作为人体的主要骨矿物质具有良好的生物学性能，而被大量地研究应用于骨修复材料领域，大量研究发现纳米级羟基磷灰石具有无毒性、无刺激性、无免疫原性、无副作用等优点，并且具有很好的生物相容性及优良的骨传导性和诱导成骨性[6]，且羟基磷灰石能够很好的与正常骨组织相结合，形成稳定结构。羟基磷灰石具有良好的生物相容性与成骨活性在生物体内可提供早期的骨强度和骨长入基石。

本实验获得的含钆羟基磷灰石复合支架电镜下可见大量疏松交错蜂窝样空隙结构，空隙率高，连通性好；对其电镜下表面观察可见含钆化合物的羟基磷灰石颗粒呈现不规则多边形结构，排列错综复杂，相互交织形成三维立体微孔结构，为将来进行种子细胞的增殖、分化提供了前期基础条件。支架复合材料需要不仅需要一定强度、孔隙率等复杂结构，才能更加真实模拟人体的微环境，本实验中的多孔经基磷灰石材料满足了孔隙率及大孔径共存的三维立体结构，其对细胞增值的能力值得期待，仍需要我们进一步深入研究。

参考文献

[1]L.N. Reynard, J. Loughlin, Insights from human genetic studies into the pathways involved in osteoarthritis, Nature Reviews Rheumatology 9(10) (2013) 573-583.

[2] Elder SH, Cooley AJ Jr, Borazjani A, et al. Production of hyaline like cartilage by bone marrow mesenchymal stem cells in a self-assembly model[J]. Tissue Eng Part A, 2009,15(10): 3025-3036.

[3] Pereira DR, Silva-Correia J, Oliveira JM, et al. Macromolecular modulation of a 3D hydrogel construct differentially regulates human stem cell tissue-to-tissue interface[J]. Biomaterials Advances, 2022 ,133(2):112611-112611.

[4]胡敏. 稀土掺杂白磷矿/壳聚糖多孔支架的制备及其在骨修复材料中的应用[D].上海:上海师范大学,2019:5-5

[5]Miao F,Liu T,Zhang X,et al.Engineered bone tissues using biomineralized gelatin methacryloyl/sodium alginate hydrogels[J].Biomater Sci Polym Ed, 2022,33(2):137-154.

[6]PALIERSE E, HÉLARY C, KRAFFT JM, et al. Baicalein-modified hydroxyapatite nanoparticles and coatings with antibacterial and antioxidant properties[J]. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2021;118(1):111537.

基金项目：齐齐哈尔医学科学院项目（编号：MSI2021M-23）