摘要
第一部分:可降解解剖型nHA/PLGA椎间融合器设计的研究 研究目的:本研究采用统计学方法结合计算机技术，设计符合颈、腰椎不同节段解剖学形态，具有与各个椎间隙大小、形态相匹配的椎间融合器。 研究方法:1.分别选取50名健康成人志愿者和50名具有颈、腰椎退变性疾病的老年患者进行颈椎和腰椎CT扫描，获取颈、腰椎椎间隙和椎间隙上下椎体边缘部位的解剖学数据，对其数据进行重建、分析，收集健康成人和具有退变的颈、腰椎的老年患者解剖学数据。根据他们的解剖学形态进行统计学分析，计算出颈、腰椎椎间隙的中位解剖学形态数据;并根据已有的正常国人的颈、腰椎椎间隙的数据进行调整分析后重构。2.根据构建的颈、腰椎不同节段椎间隙数据，设计与椎间隙解剖形态、大小和孔隙结构相匹配的解剖型椎间融合器。3.根据正常人体椎体的弹性模量和力学强度，采用统计学方法设计融合器在具有一定孔隙率和孔径大小的情况下，计算出可降解材料nHA/PLGA的组成和配比参数，主要是设计寻找到具有与正常人椎体骨弹性模量相一致和生物力学强度相当的nHA和PLGA的比例和构建方式。4.根据第三步得到的nHA和PLGA配比以及第二步获得的的数据库数据，采用3D打印技术打印出需要的颈、腰椎不同节段可降解解剖型nHA/PLGA椎间融合器。 结果:根据本研究前期的相关研究数据，采用3D打印技术打印出了需要的颈、腰椎不同节段可降解解剖型nHA/PLGA椎间融合器。 结论:本研究采用统计学方法结合计算机技术设计出了符合颈、腰椎不同节段解剖学形态且与各个椎间隙大小、形态相匹配的椎间融合器，为进一步生物学性能检测的研究奠定基础。 关键词:椎间融合器;3D打印;解剖型;可降解;纳米羟基磷灰石;PLGA 第二部分:可降解解剖型nHA/PLGA椎间融合器生物学性能检测 研究目的:对合成的可降解解剖型nHA/PLGA椎间融合器的各项力学指标和体内、外生物指标进行检测和验证。 研究方法:1.将第一部分合成的可降解解剖型nHA/PLGA椎间融合器植入尸体标本中的椎间隙，检测可降解解剖型nHA/PLGA椎间融合器的稳定性和在各种力学加载下的生物力学特性。2.利用第一部分合成的可降解解剖型nHA/PLGA椎间融合器，在体外生理体液中的不同时间进行浸泡实验，验证其在长期生理体液条件浸泡下的形态、力学强度和弹性模量的变化特性。3.在第一部分合成的可降解解剖型nHA/PLGA椎间融合器采用MTT法接种3T3细胞，通过观察细胞在融合器上的生长和繁殖情况，对融合器的细胞相容性、细胞毒性等体外细胞学实验进行检测。4.对第一部分合成的可降解解剖型nHA/PLGA椎间融合器进行生物相容性试验、过敏试验、溶血实验等检测。5.利用第一部分合成的可降解解剖型nHA/PLGA椎间融合器，将其植入到动物股部肌袋内观察降解情况，测量其不同时间点的力学强度和形状体积，记录体内降解和力学强度变化规律。 结果:1.可降解解剖型nHA/PLGA椎间融合器与尸体标本中椎间隙的匹配程度及植入尸体标本后融合器稳定性和在各种力学加载下的生物力学特性良好;2.可降解解剖型nHA/PLGA椎间融合器在体外生理体液中的不同时间进行浸泡实验，证明其在长期生理体液浸泡下形态、力学强度和弹性模量等方面性能稳定;3.可降解解剖型nHA/PLGA椎间融合器上采用MTT法接种3T3细胞，进行的体外细胞相容性、细胞毒性实验显示细胞在可降解解剖型nHA/PLGA椎间融合器上生长和繁殖情况良好;4.可降解解剖型nHA/PLGA椎间融合器的生物相容性试验、过敏试验、溶血实验等结果良好;5.可降解解剖型nHA/PLGA椎间融合器体内降解和力学强度变化实验结果良好;记录可降解解剖型nHA/PLGA椎间融合器植入到动物股部肌袋内降解情况并测量不同时间段的力学强度和形状体积变化情况。 结论:通过对可降解解剖型nHA/PLGA椎间融合器的各项理化和生物力学特性进一步测试和研究，发现该融合器的各项力学指标和体内、外生物指标均良好，符合本研究所需的各项指标要求。 关键词:椎间隙;生物力学;力学强度;弹性模量;3T3细胞;细胞相容性 第三部分:可降解解剖型nHA/PLGA椎间融合器动物实验的研究 研究目的:3D打印可降解解剖型nHA/PLGA椎间融合器在山羊体内进行颈椎和腰椎椎体间融合实验，观察该融合器在山羊体内椎间融合及降解吸收情况。 研究方法:1.对动物实验所需的山羊手术部位(C3/4、L4/5)椎间隙，通过三维CT扫描取得椎间隙解剖学数据;采用3D打印方法打印出与实验动物山羊椎间隙解剖形态相匹配的可降解解剖型nHA/PLGA椎间融合器;2.选用本地山羊16只，随机分组。动物模型完成后，将动物随机分成2组，每组8只，其中8只为对照组，8只为实验组。对照组实验动物常规行椎间植骨融合术(取山羊自体髂骨)。4组时间分别为术后1月、2月、3月、6月。3.利用电子天平、离子溅射仪、扫描电子显微镜、光学显微镜、石蜡切片机、多聚甲醛、戊二醛、显微光学照相系统等实验器材对标本进行取材和相应处理，并通过大体观察、光镜观察、扫描电镜等得出相关实验数据。 结果:山羊手术部位(C3/4、L4/5)椎间隙植骨融合部位，术后1月开始出现纤维软骨连接，术后2月手术部位椎间隙植骨融合部位开始出现显著的骨性融合，其中出现软骨化骨和纤维性成骨是实现骨性融合不可或缺的过程。术后前2月，两组手术部位椎间隙植骨融合部位外观差异不明显，表明在骨性融合早期，可降解材料nHA/PLGA及初期降解产物对促进骨性融合的纤维性成骨和软骨性骨痂影响不明显。术后2月后，可降解材料nHA/PLGA降解速度增加，产生的代谢产物导致了手术节段内环境的变化，进而导致骨性融合的速度降低;可降解材料nHA/PLGA完全降解后能够被山羊自体骨替代。 结论:可降解解剖型nHA/PLGA椎间融合器，在实现骨性融合早期，材料本身及初步降解产物对促进手术部位(C3/4、L4/5)骨性融合的影响较小，且软骨化骨和纤维性成骨两组结果无明显差异;中期，随着可降解材料nHA/PLGA的逐步降解和降解产物的增加，手术部位由于软骨和纤维组织的骨化程度被轻微抑制，导致手术部位椎间隙骨性融合过程减慢;后期，可降解材料nHA/PLGA在实验组观察到其降解速度与对照组显著不同，实验组植入的可降解解剖型nHA/PLGA椎间融合器大部分已降解，且其在降解吸收的过程中伴随着骨性结构的出现。
NETL