颅骨缺损是脑卒中,颅脑损伤和中枢神经系统肿瘤等疾病在手术治疗后遗留并发症。颅骨缺损会导致患者容貌畸形,甚至造成一系列各种程度的神经症状,出现严重的头痛、眩晕、记忆力下降、植物神经紊乱、精神抑郁、易疲劳、易激惹、对震动和声音的耐受下降等。保守估计,中国每年约有5万例患者需要接受颅骨缺损修复手术,颅骨修复植入材料需求量巨大。颅骨修复虽然经历了数千年的历史,迄今为止,仍然没获得材料学和生物学性能结合完美的理想替代植入材料。目前,临床最广泛使用的金属钛网,还存在较多的缺点和并发症,如:①患者术后对冷热反应敏感,局部有慢性疼痛,皮下积液较多;②修补术后,影响患者接受CT、MRI等医学检查;③慢性切割性溃疡、应力穿孔致颅骨修补失败;④颞窝、颧弓、眉框等不规则面颅部位修补外观美容效果欠佳;⑤定制周期时间长,价格相对昂贵。我们的研究团队一直关注新型硬组织生物材料的研发,尤其是高分子复合材料在颅骨修复方面的基础研究和临床运用。前期研究中,我们制备了多种化学性质稳定,力学性能优异的聚苯硫醚改性化合物,但是,这种高分子材料的生物相容性还有缺陷。同时,纳米羟基磷灰石具有出色的生物相容性和促进成骨的性能,却因为机械强度、脆性和耐疲劳性不足,使其在临床骨组织植入的应用中受到限制。因此,我们将纳米羟基磷灰石和聚苯硫醚两种材料合成,充分利用其各自材料特性的优势,以制备性能更佳优异、价格更低廉的硬组织植入材料,用于颅骨缺损的修补植入。研究方法:(1)采用物理共混法与直接复合法制备纳米HA/PPS复合材料。比较两种不同配方比例制备的复合材料,通过吸水性、接触角、模拟体液中pH变化等检测考察纳米HA-PPS复合材料的表征和力学性能。(2)根据国标GB/T医疗器械生物评价标准,通过急性毒性反应实验,细胞毒性实验、溶血实验评价新工艺生产的纳米HA/PPS复合物的生物相容性。(3)将纳米ha/pps与成骨细胞体外共培养,测定纳米ha/pps对成骨细胞增殖和分化的影响。建立颅骨缺损动物模型,植入纳米ha/pps复合材料通过x放射线影像、组织病理学实验、成骨活性相关基因pcr分析,进一步评价纳米ha/pps复合物在体外和体内的生物活性及其修复颅骨缺损后的骨整合能力。实验结果:1.纳米ha/pps复合物的表征和力学性能(1)直接复合材料的粒径均匀性很好,为微米级,羟基磷灰石能均匀填充到聚苯硫醚基体中。(2)复合材料亲水性佳,羟基磷灰石的添加能有效降低聚苯硫醚的表面接触角,聚苯硫醚的接触角是93.22°,直接复合(3∶7)材料的接触角是25.83°,直接复合(4∶6)材料的接触角是33.33°,接触角降低,说明材料的亲水性高。在材料吸水率测试中同样发现复合材料亲水性提高,与接触角测试结论一致。(3)复合材料刚度提高。在抗弯强度测试中,复合材料抗弯强度为93.288mpa,弯曲模量为5159.78mpa,纯聚苯硫醚抗弯强度103.68mpa,弯曲模量为2789.5mpa。在抗拉强度测试中,复合材料拉伸强度为45.948mpa,拉伸模量为2696.95mpa,纯聚苯硫醚拉伸强度为60.974mpa,拉伸模量为1740.19mpa。由此可见,在聚苯硫醚中添加羟基磷灰石能提高材料的刚度。(4)在模拟体液浸泡引起的ph变化中,直接复合材料引起的ph变化范围是7.4-7.51,物理共混复合材料引起的ph变化范围在7.4-7.72之间,直接复合材料比物理共混复合材料更稳定,更适合植入人体。2.纳米ha/pps复合物的生物相容性评价(1)纳米ha/pps复合物浸提液腹腔注射大鼠后大体观察和组织病理学检查均未出现中毒表现;(2)细胞毒性实验发现大鼠成纤维细胞l929共培养,细胞形态学评价受试的纳米ha/pps复合物无毒性,cck-8法检测细胞相对增殖率(rgr)指标达到毒性级别0级,评价无细胞毒性。(3)溶血性试验证实纳米ha/pps复合物血液相容性好,溶血率仅为1.66%。纳米ha/pps复合物的生物相容性能良好,其急性毒性测试、体外细胞毒性、血液相容性检测结果均复合国家制定的生物植入材料安全性评价标准,生物相容性优良。3.纳米HA/PPS复合物的生物活性评价(1)MG-63细胞在纳米HA/PPS复合材料表面生长良好,具有比纯PPS更好的细胞粘附能力;(2)纳米HA/PPS复合材料能增加MG-63细胞的增殖能力,比纯PPS作用更明显;(3)纳米HA/PPS复合材料能提高MG-63细胞成骨特异性蛋白表达,促进MG-63细胞成骨分化;(4)纳米HA/PPS复合材料植入颅骨缺损后骨组织愈合情况良好;显著增加成骨相关基因的重要标志物(ALP、Colα1(I)、IGF-1、OC、TGF-)的mRNA表达。实验结论通过直接复合法制备的纳米HA/PPS复合物物理性能稳定,亲水性能显著改善,抗弯强度和抗拉强度优于纯PPS。生物相容性评价指标均证明纳米HA/PPS复合物安全无毒,生物相容性能良好。该材料在体外能促进成骨细胞增殖,增加特异性蛋白表达;植入大鼠颅骨缺损区后骨愈合情况良好,相邻区域成骨相关基因标志物表达增加。综合来看,纳米HA/PPS具有较好的生物工程材料性能,是一种潜在的颅骨修复替代材料。