复合PRP的三维打印钛金属多孔骨重建股骨头坏死的研究

Bikash Ale,张彦博,李瑞延,秦彦国

(吉林大学第二医院 关节外科，吉林 长春130041)

复合PRP的三维打印钛金属多孔骨重建股骨头坏死的研究

Bikash Ale,张彦博,李瑞延,秦彦国*

(吉林大学第二医院 关节外科，吉林 长春130041)

股骨头坏死发病诱因多样，饮酒、激素等均为重要致病因素，且发病率不断增高[1]。众多研究显示股骨头缺血性坏死后生长因子活性受到抑制及数量减少[2,3]。富血小板血浆通过释放各种各样的生长因子，可以调节和促进 BMSCs分化、增殖[4]。三维打印钛金属多孔骨修复材料具有良好的生物相容性。本研究采用家兔富血小板血浆(PRP)复合三维打印钛金属多孔骨植入家兔股骨头坏死标准模型中，探讨PRP复合于三维打印钛金属多孔骨中在股骨头坏死修复骨骼重建中的作用。

1 材料与方法

1.1 家兔异体PRP的提取 取2只家兔麻醉，兔耳抽取5 ml自体血，进行PRP提取:将新鲜血分两次离心，第一次离心(离心半径15 cm，2 000 r/min，10 min) ，吸管吸取全部上清液，移至另一离心管，平衡后再次离心(离心半径15 cm，2 000 r/min，10 min)，吸取上清液弃掉，摇匀剩余液体，即为PRP，摇匀备用。

1.2 三维打印钛金属多孔骨的制备 采用电子束熔融技术制作具有三维孔隙结构的钛金属多孔骨，孔隙大小为500 μm，植入物为长10 mm，直径为6 mm的圆柱体。

1.3 PRP联合三维打印钛金属多孔骨复合体的制备 将制备的PRP与三维打印钛金属多孔骨进行复合浸润，备用。

1.4 动物模型制作及分组治疗 取40只家兔，于第 1、3周耳缘静脉注射异种马血清10 mL/kg，1次/d,连续3 d，第 5周腹腔注射醋酸泼尼松龙7．5 mg/kg，1次/d，连续3 d，期间注射青霉素200 U预防感染[5]。10周后选取其中骨坏死的家兔共计30只，随机分为3组，分别为PRP联合三维打印钛金属多孔骨治疗组、单纯三维打印钛金属多孔骨治疗组及空白对照组，每组10只。3组家兔麻醉后，后侧入路暴露后肢单侧股骨头坏死模型，对照组不做任何治疗；单纯三维打印钛金属多孔骨植入组在所钻空内植入； PRP联合三维打印钛金属多孔骨组在所钻孔内植入复合植入体，常规关闭伤口。术后注射硫酸庆大霉素，预防感染。术后35 d，制备正常家兔股骨头切片及 3 组家兔坏死股骨头切片，经苏木精-伊红染色后，光学显微镜(×200)下观察骨细胞及小梁变化。

1.5 检测指标 大体观察：实验动物术后一般情况观察。普通X射线成像观察：各组实验动物术后4，8，12周的股骨头摄X射线片，观察股骨头外形变化情况。

组织学观察：术后12周，空气栓塞法处死动物，标本经处理后进行苏木精-伊红染色。

2 结果

2.1 X射线观察 对照组：12周时6只9侧兔股骨头出现了明显塌陷征象，达到股骨头坏死诊断IV期标准。三维打印钛金属多孔骨联合PRP复合体植入组与单纯三维打印钛金属多孔骨植入组对比显示：在4周时X线检查充填区界限尚清楚，但较单纯植入组可见周围更多骨小梁生长；而后在8周观察时开始有典型骨小梁长入充填区，充填范围优于单纯纳米骨植入组(P<0.01)；达12周观察时充填区已经近似周围组织，并且与周围骨组织无明显界限，整个充填区已分布有清晰骨小梁结构，支撑效果明显，无出现股骨头塌陷现象。

2.2 组织学观察结果 三维打印钛金属多孔骨联合PRP植入组与单纯三维打印钛金属多孔骨植入组对比显示：术后4周，充填区周围有增生性肉芽组织形成更加明显，并且周边可见有明显的成骨反应；8周时成骨反应向移植物中心部推进，骨小梁长入孔隙结构中更加明显；12周时板层骨和新生骨髓腔形成优于单纯纳米骨植入组(P<0.01)。见图1。

图1 组织学观察结果

3 讨论

PRP富含血小板移植到骨坏死区域治疗骨坏死，具有明显优势，通过促进血管形成[5]，进而旁分泌多种细胞因子来达到促进血管再生。从而通过重新建立血管形成的良性循环状态，促进了组织工程骨的快速再血管化[6]。 PRP富含血小板，可以分泌多种细胞因子[7]，促进BMSCs分化、增殖，协同BMSCs的作用。实验采用的支架材料为三维打印钛金属多孔骨，在微结构方面都与天然骨有相似的空间结构。组织学结果显示，三维打印钛金属多孔骨在股骨头局部因空间孔隙结构的相似有诱导成骨活性的能力,PRP联合三维打印钛金属多孔骨在成骨方面更强。术后4周早期的新骨形成结果及12周修复了股骨头的骨缺损区的组织学影像学证据明确，为临床股骨头重建骨骼支撑材料的研究提供了重要的实验基础。

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吉林省科技发展计划国际科技合作项目(20150414006GH)； 吉林省省级经济结构战略调整引导资金专项项目(2014G072)

1007-4287(2017)03-0490-02

2016-07-24)

*通讯作者