摘要
磷酸钙骨水泥（Calcium Phosphate Cements，CPC）因具有良好的生物相容性、骨传导性和可注射性，已作为骨替代材料应用于临床，此外其制备过程中避免了高温烧结工艺，适合作药物和生物活性因子等的载体。但由于CPC易脆、强度低和降解速率慢，只能用在非承重部位且不利于骨组织的生长。纤维常通过桥联、拉拔、负荷传递等作用增强无机材料的力学性能。电纺纤维制备方法简单经济，且与细胞外基质的形态结构相似，已被广泛应用于组织工程。因此，本论文的目的是利用载阿仑膦酸钠(ALN)电纺聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)纤维增韧CPC，同时实现ALN的局部控释。此外ALN还作为改善PLGA纤维在CPC中润湿性的“表面活性剂”。载ALN的PLGA纤维植入机体后可降解形成孔隙，促进新骨的生长，从而更好的满足其临床需求。 采用静电纺丝技术分别制备PLGA纤维和载药PLGA纤维。通过扫描电镜(SEM)、酶标仪和接触角测试仪等测定纤维的形貌、尺寸、载药率及接触角等。选用Biocement D磷酸钙骨水泥配方，以磷酸盐缓冲液为液相，液固比为0.45 mL/g，将PLGA纤维与CPC混合制备含不同百分含量PLGA纤维CPC，并通过X射线衍射(XRD)、Gillmore双针法、力学性能测试以及SEM检测含PLGA纤维CPC的相成分、凝固时间、力学性能和表面形貌等。采用正交实验优化及分析定向和非定向PLGA纤维、非载药和载药PLGA纤维及PLGA纤维含量对CPC力学性能的影响，并研究最优组表面形貌、凝固时间、相成分、体外降解及药物释放动力学等。此外，采用与成骨细胞(MC3T3-E1)共培养研究各组CPC上细胞黏附、增殖及分化的能力。 PLGA形貌分析表明:纤维表面光滑、分布均匀、持续且纤维彼此分离，空白PLGA纤维和载药PLGA纤维的平均直径分别为1.25±0.18μm和1.16±0.20μm。ALN的加入并未改变纤维的形貌及尺寸，但减少了纤维的疏水性，接触角由116.8±2.3°降低到94.1±2.5°，药物的包封率可达到56.20±0.99％。 含PLGA纤维CPC力学性能测试表明:PLGA纤维的加入可提高CPC弯曲强度、弹性模量，并能显著性提高其韧性，且随着PLGA纤维含量的增加其韧性不断显著提高。正交实验表明最优组合为7wt.％非定向载药PLGA纤维CPC。ALN可改善PLGA纤维在CPC中的润湿性，从而改善PLGA纤维与CPC结合，进一步显著性提高CPC的韧性。材料断口形貌及材料的载荷位移曲线分析表明载药PLGA纤维的加入明显改变了CPC的断裂方式，由脆性断裂变为准脆性断裂。CPC由脆性材料变为准脆性材料。Gillmore双针法测试和相成分结果显示:与空白CPC相比，非载药PLGA纤维和载药PLGA纤维均降低了CPC的初凝和终凝时间。物相分析结果表明加入非载药PLGA纤维或载药PLGA纤维到CPC中，阻碍α-TCP和DCPD的转化，但CPC水化终产物主要为α-TCP和HA以及少量的DCPD和CaCO3。 含载药PLGA纤维CPC的药物释放动力学显示第1天的药物释放较快（释放量达10％），而随后药物释放较缓慢，因此可大致分为突释和缓释两个阶段。药物释放动力学符合Higuchi扩散释放模型，持续释放90天药物累积释放量约为89％。XRD检测结果显示，释放90天后CPC中的物相主要为HA;红外分析及SEM检测证明载药PLGA纤维完全降解，且降解后在CPC中留下孔隙。各组CPC与成骨细胞共培养后，活细胞荧光染色和SEM结果表明:各组CPC样品表面都黏附大量的成骨细胞，成骨细胞主要呈多边形，具有强烈的立体感并形成大量的细胞连接。细胞周围伸展出大量伪足，通过伪足与样品表面紧密黏附，呈现良好的细胞活性。Almar Blue和碱性磷酸酶(ALP)检测分析结果表明:各组CPC均呈现有较好的成骨细胞增殖及分化能力，尤其是载药PLGA纤维CPC，释放出促进骨组织生长药物ALN，呈现更好的细胞分化能力。 本研究制备了含载药PLGA纤维CPC，载药PLGA纤维能显著提高CPC韧性，同时可实现药物的长时间可持续局部控释，促进骨组织生长。因此载药PLGA纤维CPC适合作为骨填充材料。
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