IJBM 国际期刊的生物材料 1687 - 8795 1687 - 8787 Hindawi出版公司 232574年 10.1155 / 2011/232574 232574年 研究文章 在活的有机体内可注射磷酸钙骨水泥预拌不透射线的评价 Aberg 乔纳斯 1 Pankotai 人 2 Hulsart Billstrom 国务秘书 3 Weszl 米克罗斯 2 拉赫松 Sune 3 Forster-Horvath Csaba 4 Lacza Zsombor 2、4 Engqvist 哈坎 1 黛比 Sanjukta 1 应用材料科学的划分 工程学系 乌普萨拉大学 75237年乌普萨拉 瑞典 uu.se 2 人体生理学和临床实验研究 医科大学 布达佩斯h - 1095 匈牙利 sote.hu 3 整形外科学系 乌普萨拉大学 75237年乌普萨拉 瑞典 uu.se 4 整形外科学系 医科大学 布达佩斯H1113 匈牙利 sote.hu 2011年 31日 05年 2011年 2011年 15 10 2010年 17 02 2011年 17 03 2011年 2011年 版权©2011乔纳斯Aberg et al。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

在这工作不透射线的预拌磷酸钙水泥(pCPC)已经被开发和评估 在活的有机体内。防辐射是通过添加0-40 %氧化锆水泥浆。氧化锆对凝结时间的影响,强度和防辐射。在 在活的有机体内研究一个2×3.5毫米圆柱形缺陷在大鼠椎骨充满了pCPC, PMMA骨或芯片。Nano-SPECT CT分析用于监控成骨细胞在骨再生的活动。研究表明,通过添加氧化锆水泥凝结时间变得更长时间和抗压强度降低。所有材料的评估 在活的有机体内研究填充骨缺损,在受伤部位有一个强大的成骨细胞活动。尽管成骨细胞活动,PMMA阻止骨愈合和骨片组显示最少的新骨形成。在12周pCPC部分再吸收,并被新骨具有良好的骨的生成。的不透射线的pCPC可考虑用于脊椎骨折的微创治疗,因为它有很好的处理,防辐射,并允许疗愈的松质骨的吸收与水泥。

 1。介绍

由于人口老龄化和生活方式,需要更少的运动,今天许多老年人骨骼结构薄弱。一个较弱的骨骼结构的一个并发症是骨折风险的增加,特别是在脊椎。椎体压缩骨折是痛苦的。为了缓解疼痛骨折可以稳定使用vertebroplasty [ 1]。传统有机玻璃(PMMA)水泥用于该过程。然而有使用PMMA与角膜瓣相关的并发症,如水泥渗漏和邻近骨折的风险增加 2, 3),所以增加兴趣寻找替代材料。磷酸钙水泥(年度"特别关注国"),首次提出了在80年代开始( 4, 5),是替代PMMA。由于化学相似之处年度"特别关注国"有良好的生物相容性和骨再吸收 在活的有机体内( 6, 7]。年度"特别关注国"由钙磷酸盐,然后与水混合溶解和沉淀形成固体透钙磷石或磷灰石取决于溶液的pH值( 4]。已经有大量商业年度"特别关注国"用于临床实践作为骨空隙填充剂( 8];然而很少用于vertebroplasty。有两个主要障碍为年度"特别关注国"在脊髓中使用应用程序时:处理和防辐射。获得中国共产党有足够的工作时间,可以通过注射G11或G13针没有压滤,不是一项容易的任务,和各种出版物上注入能力和设置监管机构可以找到( 9- - - - - - 13]。最近一个创新的方法是水交换为甘油混合液体( 14]。这给外科医生注入无限的时间,和粘度保持不变,直到预拌磷酸钙水泥(pCPC)是在地方和水泥接触水。预混合的概念已被证明在透钙磷石和磷灰石水泥( 14- - - - - - 16]。在注入椎很重要能遵循与x射线的水泥,以避免泄漏。在PMMA这是通过添加ZrO解决2或贝索4( 17, 18]。已经提出许多添加剂添加防辐射年度"特别关注国",如铋( 19]和[锶 20.]。然而很少发表与ZrO描述中国共产党2和贝索4,这是有据可查的PMMA水泥使用。

本文的目的是评估一个包含ZrO预拌磷酸钙水泥2,关于其凝结时间、抗压强度和以及它的防辐射 在活的有机体内椎鼠模型中的行为。

 2。方法 2.1。影响ZrO 2 <子> < /订阅>内容 2.1.1。水泥制备

粉水泥组成的一部分 β-tricalciumphosphate ( βtcp,丙烯酰胺),磷酸二氢钙一水(总经理MCPM,沙劳打电话)能够允和氧化锆(ZrO2,Sigma-Aldrich)。MCPM和 βtcp喜忧参半的克分子数相等的金额。0,10年,20年,30,或40% (w / w) ZrO2是补充道。当时与甘油混合粉(99%,Sigma-Aldrich)。在所有评价作文的粉液比为4.2 g / mL。在混合之前, βtcp和ZrO2使用高温消毒(200°C在2小时( 21]),MCPM被浸泡在70%乙醇消毒> 24小时。

 2.1.2。抗压强度

混合后,粘贴是注入圆柱形模具 ∅6毫米,12毫米高度开放两端抗压强度测试,然后沉浸在37°C磷酸缓冲盐(PBS, pH值7.4,Sigma-Aldrich)来模拟生理反应pH值和启动设置。24小时后样品从模具取出,和万能试验机(日本岛津公司AGS-H)是使用十字头1毫米/分钟的速度;为每个样本的最大压应力被记录。放置了一个塑料薄膜样品和十字头为了减少模具缺陷产生的影响。6个样本测试每组。

 2.1.3。设置时间

混合后的水泥浆注入4圆柱形模具 ∅6毫米,高度设置时间3毫米。启动的设置水泥模具都沉浸在37°C PBS。水泥被认为将样本可以支持453.5 g吉尔摩仪时齿顶圆直径为1.06毫米不打破。连续四个样本测试,每个测试4分钟的间隔。样本均值之间的时间支持样品的重量和上一次了负载下被认为是设置时间。三个测量每组。

 2.1.4。防辐射

对x射线不透明度测量1毫米厚的样品生产。x射线不透明度测量在1 mAs, 40和80千伏。1毫米的样本PMMA-based水泥(美国DePuy Vertebroplastic),作为radiopacifier硫酸钡,用作控制以及一个铝楔0.5 -2.5毫米0.5毫米的步骤。

 2.2。在活的有机体内

中使用的水泥 在活的有机体内研究制备了含有20% ZrO如上所述2。1毫升注射器是肾上腺素与预拌水泥在无菌条件下4天前 在活的有机体内实验。注射器被储存在8°C,直到手术。

2.2.1。动物手术

三个月,480 - 600 g雄性Wistar鼠与氟烷麻醉。手术区与betadine清洗三次,和一个应用结扎的根源的尾巴,以防止出血。删除后的远端部分尾直径2.0毫米和3.5毫米深孔钻轴向进入第四或第五尾椎骨。为了阻止骨的再生不锈钢丝是植入进洞里。使用nonresorbable聚丙烯缝合伤口被关闭。线被x射线的本地化。12周后,动物麻醉,电线被植入。贺利氏Palacos孔中充满与PMMA (R) ( n = 5 ),pCPC ( n = 5 ),或影响人类lyophyilized骨片( n = 5 ),伤口被关闭。骨再生之后nano-SPECT / CT。12周后,动物overanesthetized和牺牲。最后两个椎骨(去年的脊椎+ 1健康的脊椎)固定在4%甲醛和ct机和组织学分析。

 2.2.2。Nano-SPECT / CT分析

单同位素nano-SPECT / CT (Bioscan)成像收购进行2 - 3从每组大鼠为了遵循骨替代品和骨再生的集成。Nano-SPECT / CT进行每周6周后再次在12周。给大鼠注射0.5毫升,150兆贝可99米Tc-methyl diphosphonate (99米通过尾静脉在氟烷麻醉Tc-MDP)。亚稳锝(99米Tc)标记到膦酸酯化合物如MDP生成99米Tc-MDP,选择性地集中在成骨细胞。选择性积累的99米Tc-MDP确保由化学吸附到表面的羟磷灰石骨和掺入羟磷灰石晶体结构的 22]。两个小时后的动物麻醉euthasol腹腔内,和收购进行30分钟的形象。再生活动被表示为一个百分比相比,近端健康的脊椎根据同位素密度。

 2.2.3。ct机分析

与microtomography椎骨进行操作(Skyscan 1172 x射线microtomography Skyscan, Kontich,比利时)。扫描进行了应用60 kV电压和一个Al-filter。重建做了修改Feldkamp算法使用Skyscan Nrecon软件。Microtomographical重建获得通过180度旋转视图(旋转步骤0.5度)。SkyScan CTvox (Kontich、比利时)是用于三维可视化。

 2.2.4。组织学

formaldehyde-fixed第四和第五的椎骨被浸泡样品脱钙Biodec-R解决方案1周。5微米纵向部分被剪切了石蜡块和安装在玻璃幻灯片。常规hematoxylin-eosin (Merck & Co)染色法被用来证实微ct测量的结果。

 3所示。结果 3.1。评价ZrO 2 <子> < /订阅>内容 3.1.1。抗压强度和凝结时间

抗压强度降低,越来越ZrO内容2见图 1。当没有ZrO2水泥抗压强度为13.5±0.6 MPa, ZrO和40%2抗压强度降低到8.0 (±1.2 MPa)。括号中的值的标准差。有20% ZrO2强度为11.8±1.2 MPa。越来越多的ZrO2也增加了设置时间见图 2。0% ZrO2给出了凝结时间20(±4)分钟,ZrO 20%2设置时间26(±2)和最长的凝结时间测定40% ZrO237岁(±2)分钟。

图显示ZrO的影响2内容(0 - 40%)的抗压强度在PBS pCPC 24小时后孵化37°C。误差棒表示标准偏差, n = 6 。

图显示ZrO的影响2内容(0 - 40%)pCPC凝结时间。误差棒表示标准偏差, n = 3 。

 3.1.2。防辐射

在图的x射线图像 3可以得出结论,ZrO 20%2给了足够的防辐射,与1 - 1.5毫米的铝和Vertebroplastic 40 kV和80千伏。一个很好的电台对比 在活的有机体内pCPC,可以观察到微ct图像如图 6。

x射线图像比较pCPC ZrO样本包含0至40%2,与商业PMMA水泥(Vertebroplastic)和0.5到2.5毫米厚度的铝楔。x射线不透明度测量在1 mAs, 40 kV (a)和80千伏(b)。

 3.2。在活的有机体内

动物们容忍所有的植入物,没有伤口感染或拒绝的迹象。

3.2.1之上。Nano-SPECT / CT分析

成骨细胞活动期间监测植入12周后(图 5)。活动的百分比计算下一个健康的脊椎。CT图(蓝线在图 4)遵循两个椎骨的结构,而像素强度更高的操作相比脊椎健康控制椎当看红线图 4。这一趋势是所有动物中观察到。在所有三组的值高于正常骨见图 5。成骨细胞活动在这个空洞的缺陷是高于正常骨和植入前5周后仍然很高。整个活动在组之间具有可比性,有轻微的趋势pCPC更高的活动,特别是在星期2,虽然略有下降可以观察到骨芯片和PMMA组。成骨细胞活动没有回复到正常水平(图中100部队)在任何组在研究动物。

比较CT(蓝线)的强度和nano-SPECT(红线)图像。代表图像显示椎骺可以本地化的峰值强度的基础上比较CT图像和缺陷。SPECT强度反映成骨细胞活动。缺陷网站有成骨细胞活性显著高于正常的骨头。

图显示了成骨细胞的活动运营椎相比邻椎。线代表平均值和点的动物个体的价值。为期12周的nano-SPECT / CT跟踪显示最高的成骨细胞活动pCPC组在第一次5周。虽然三组之间的差异水平后第五周,像素高强度保持在所有三组相比邻近健康的脊椎。

代表的微ct图像经过12周的脊椎。PMMA(图像上)是在孔压实,但没有观察到骨形成;之间的地区射线可透过的PMMA和骨头。pCPC(中间图像)是慢慢的再吸收,和新骨形成与pCPC(箭头所指)。有一些骨周围骨形成芯片,然而大量的射线可透过的地区也可以观察到。

 3.2.2。ct机分析

在图 6代表的3 d渲染了缺陷以及横断面图。正如图中所看到的,在椎骨充满PMMA(上),缺陷是完全充满了PMMA和没有观察到骨形成。体系是划定的骨头。这个结果在所有动物PMMA组是相一致的。

椎骨充满骨芯片没有或缓慢吸收可以观察到,和有限的骨愈合。没有骨骨之间的连接芯片和新骨的横截面CT图像如图 6(底部)。有一些骨形成;然而,从骨骨芯片仍划定。在组织学图像如图 7 (b)骨片料直接接触新形成的骨。

组织改造的迹象。Hematoxyline-Eosine彩色部分。(放大倍数:40 x)。(一个)显示了注入pCPC接触新形成的骨。(b)显示了一个骨植入芯片。新形成的骨在接触慢慢改造钙化的骨碎片。

对于pCPC椎骨(中间的照片图 6)可以观察新骨形成(蓝色箭头)。pCPC部分再吸收,取而代之的是骨头。然而,ZrO2礼物以pCPC辐射不能透过不是再吸收,因此残留的水泥中可以观察到新形成的骨。组织学结果,(图 7(一))证实了nanoSPECT pCPC和CT结果。直接接触新形成的骨,没有观察到免疫反应。

 4所示。讨论

这里给出的预拌水泥包含ZrO2获得辐射不能透过。越来越多的ZrO2在水泥贴将减少反应物质(MCPM和的数量 βtcp)。当水泥接触水活性物质溶解和三斜磷钙石晶体开始形成粘贴其强度。相应的抗压强度从13.5(±0.6)减少到8.0(±1.2)与增加ZrO MPa2ZrO从0到40%2(图 1)。在这设置与越来越多的ZrO时间增加2。0% ZrO2设定了时间20分钟的(±4)相比,37(±2)分钟ZrO为40%2(图 2)。同样的趋势是在预拌水泥(三斜磷钙石之前出版 16)高强度样本还显示设定时间短。自从方法用于测试水泥凝结时间衡量快获得某种力量预计这个关系。随着ZrO2内容增加实验期间指出,水泥的粘度降低。自从ZrO2具有较高的密度比 βtcp和MCPM ZrO2意味着粉总量将小当使用同样重量的粉末。用更少的粉卷甘油将更容易地包住粉粒子从而降低粘度。有20% ZrO2抗压强度为11.8 (±1.2)MPa和设置时间26日(±2)分钟,脊椎骨折是可接受的值确定,这也给了一个很好的防辐射。因此这个配方选择 在活的有机体内研究。

见的结果nano-SPECT(图 5)成骨细胞活动在这个空洞的缺陷是高于正常的骨骼和居高不下的12周的时间学习。这表明骨形成并持续整个研究。虽然有太少的动物研究的结果做统计分析nano-SPECT轻微的趋势可以观察表明pCPC有积极影响成骨细胞活动相比其他组。最清楚的是在周2、3、4。三斜磷钙石pCPC时形成集比下磷灰石的化学不稳定 在活的有机体内环境pH值在哪里~ 7.4,因此它可以被再吸收更快,比,例如,磷灰石形成年度"特别关注国"和骨移植 23]。当pCPC再吸收,钙和磷酸盐离子被释放,刺激成骨细胞( 24]。这可以解释为什么成骨细胞活动似乎pCPC动物的略高。

观察CT结果PMMA组目前没有惊喜。PMMA充满缺陷,它不能被再吸收,因此任何新骨形成的空腔被阻塞。骨片的结果另一方面显示新骨形成空腔;然而骨头芯片不显示骨重塑的迹象,这显然是划定从宿主骨。这可能是由于骨高度压缩结构的芯片,所以他们有可能只能看到接触表面,和渗透贪污的宿主组织是有限的。

pCPC组观察新骨形成,新骨和材料之间的联系。这表明pCPC综合分析属性,这已被证明在以前的出版物(三斜磷钙石 25, 26]。pCPC的吸收和新骨形成,也就是说,改造,似乎是在平衡在这个模型。的ZrO2不是再吸收;然而CT结果表明,达到了良好的骨整合ZrO2。之前的研究在ZrO2用于接触骨头也报告好骨植入联系( 27]。在将来的研究中ZrO的骨整合2将评估更彻底。

 5。结论

包含20% ZrO预拌磷酸钙水泥2是发现优秀的处理,良好的防辐射,足够的强度和凝结时间。

所有材料研究中评估骨腔,并在每种情况下有一个强大的在受伤部位成骨细胞活动。然而,尽管成骨细胞活动,PMMA阻止骨愈合,甚至骨头比pCPC芯片似乎不那么有效。pCPC部分再吸收,并被新骨取代。

 确认

瑞典研究理事会是感激地承认金融支持。作者感谢博士Csaba Dobo-Nagy和米Kovacs CT机核心设施和Krisztian Szigethy和霍瓦特Ildiko nano-SPECT / CT成像的核心设施的宝贵帮助。他们感谢博士Lajos Csonge West-Hungarian区域组织银行提供骨片。的 在活的有机体内工作资助TAMOP 4.2.2-08/1 / kmr - 0004,外形尺寸66 ou5,春节,A4/04 Arg-17/2006 SG-STAR-CELLTHER, Bolyai奖学金。

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