骨缺损是常见临床病症,其传统治疗方法如骨移植存在来源有限、引发并发症等缺陷,尤其是对于大段骨缺损的修复。组织工程技术和材料科学的发展改变了骨缺损修复的传统模式,改善了传统疗法的缺点,有望成为解决临床上骨缺损修复的有效手段。骨缺损修复支架材料是目前骨组织工程的研究热点之一。良好的骨替代材料应具有三维多孔结构、机械耐受性、生物降解性、生物相容性和骨诱导性等,单一材料很难完全满足理想材料的要求,因此将不同性能的材料复合,弥补单一材料的不足。本研究构建了一种新型的凹凸棒石(ATP)/I型胶原(Col I)/聚己内酯(PCL)复合支架材料用于骨缺损修复。通过一系列体内外实验评价材料表征、理化性能、生物相容性、骨诱导性、骨缺损修复效果等。具体研究内容如下:1、ATP/Col I/PCL复合支架材料的制备与表征:利用溶液浇铸-粒子滤沥法、冷冻干燥技术制备不同ATP含量(0%wt、10%wt、30%wt)的ATP/Col I/PCL复合支架材料。大体观察支架材料的宏观结构,扫描电镜观察微观结构;红外光谱、水表面接触角评价材料表征;测试材料的孔隙率、吸水膨胀率、透气率;生物力学测试机检测三点弯曲、压缩力学性能;SD大鼠体内埋植实验检测材料的降解能力,综合评价复合材料的理化性能。2、ATP/Col I/PCL复合支架材料的生物相容性及体外诱导成骨能力:将D1细胞与三种不同ATP含量的ATP/Col I/PCL支架材料共培养,通过扫描电镜、鬼笔环肽和H&E染色、CCK-8法评价支架材料的生物相容性;D1细胞复合三种支架材料分别培养7、14、21 d后,RT-qPCR检测支架材料上细胞中成骨相关基因(Runx-2、ALP、OPN、Col I、OC、Osterix)的表达量,分别评价三种支架材料的体外成骨诱导能力。3、ATP/Col I/PCL复合支架材料修复骨缺损的效果:构建兔桡骨平台缺损动物模型,24只实验兔双侧桡骨构建15 mm缺损,随机分为A、B、C组,A组即对照组不植入任何材料,B组植入ColⅠ/PCL材料、C组植入ATP/Col I/PCL材料。X射线检查4 W、8 W、12 W时骨缺损修复情况;处死实验兔,取材进行大体观察;样本常规脱钙,石蜡包埋切片,进行组织学和免疫组织化学染色;未脱钙的样本进行显微CT扫描,观察缺损部位新生骨含量;进一步评价支架材料的降解情况及骨缺损修复效果。研究结果显示:1、支架材料具有较高的可塑性,硬度大,三维多孔结构。SEM结果显示0%ATP材料表面光滑,元素成分主要为C、N、O,复合ATP后,材料表面粗糙,元素种类增加,含有Si、Mg、Fe等多种元素。30%ATP材料的孔隙率、吸水膨胀率、透气率与0%、10%ATP相比明显降低,最大弯曲应力和最大压缩应力则随着ATP含量的增加而增强,与0%、10%ATP相比差异具有统计学意义(P<0.05)。30%ATP材料植入SD大鼠皮下21d后,材料孔隙中有大量非炎性细胞侵润且形成组织,与0%、10%ATP材料相比,材料仅有极少部分降解。2、D1细胞生长状况良好,经成骨诱导培养基培养后,出现钙沉积。支架材料与D1细胞共培养后,SEM、鬼笔环肽和H&E染色显示D1细胞在三种支架材料表面均呈现良好的黏附,CCK-8结果表明细胞在ATP含量30%wt的支架材料上增殖率显著高于其他两组材料。RT-qPCR检测结果显示,与0%wt、10%wt ATP相比,30%ATP组的Runx-2、ALP的表达量在前期显著升高,后期则降低;Osterix、Col I、OPN、OC的表达量随时间和ATP剂量的增加显著上调(P<0.01)。3、动物模型实验结果表明支架材料在生物体内有良好的生物相容性,未引发炎症反应。X射线、Micro CT检测结果表明复合30%ATP的ATP/Col I/PCL材料的新生骨量显著高于未复合ATP的Col I/PCL支架材料,组织学和免疫组织化学染色结果显示,ATP/Col I/PCL材料的骨修复效果要强于Col I/PCL支架材料,降解速率低于Col I/PCL支架材料。综上所述,本实验通过溶液浇铸-粒子滤沥法制备的ATP/Col I/PCL支架材料具有三维多孔结构、良好的理化性能、较强的力学性能、良好的生物相容性、合适的降解速率、骨诱导性和骨修复潜能,有望成为一种理想的骨替代材料,为今后骨组织工程的发展及临床骨缺损修复提供新的材料与思路。