文摘

碳酸磷灰石(有限公司₃美联社),磷灰石的形式存在于骨骼,最近吸引了注意力。本研究的目的是组织学评估的组织/细胞反应向low-crystalline有限公司₃美联社捏造使用一套dissolution-precipitation反应与石膏作为前体。当设置石膏是沉浸在100°C 1 mol / L Na₃阿宝₄水溶液24 h,集石膏转化成有限公司₃美联社。两个公司₃美联社和烧结羟磷灰石(s-HAp),它被用作控制,被植入手术创造的大鼠胫骨骨缺损组织学评价。2和4周后植入,组织学部分创建并使用光学显微镜观察。的有限公司₃Ap颗粒显示直接归并造骨细胞和骨基质的监测吸收。相比之下,s-HAp颗粒保持轮廓甚至在4周后植入的暗示缺乏替代到骨头。s-HAp颗粒与纤维组织有时封装,偶尔和巨噬细胞多核体观察植入颗粒直接讲。从骨重建的角度,有限公司₃美联社颗粒模仿骨基质,表明有限公司₃美联社可能是一个合适的骨替代品。

1。介绍

黄金标准的重建骨缺陷被认为是一种自体,因为它演示了osteoconduction osteoinduction,骨不会引起任何免疫反应(1- - - - - -4]。然而,外科干预的主机站点获取所需的骨头一个自体是一个严重的缺点[5]。此外,可收集的骨头的数量是有限的,特别是在牙科治疗的情况下。因此,使用人工骨缺陷通常是增强骨骼替代品结合或没有一个自体移植物。

目前,烧结羟磷灰石(s-HAp: Ca₁₀(PO₄)₆(哦)₂)和烧结β磷酸三钙(βtcp: Ca₃(PO₄)₂牙科中经常使用。虽然骨无机成分主要由磷灰石,不是高度结晶形成HAp而是low-crystalline碳酸盐形式有限公司₃美联社(6]。s-HAp被用于临床应用,而不是公司₃美联社因为有限公司₃美联社热分解所需的高温烧结。然而,我们提出一个制造有限公司的方法₃美联社块由一个成分转换使用前体反应基于dissolution-precipitation反应。在这个反应中,方解石块被揭露伪造Ca(哦)₂紧凑,有限公司₂沉浸在一个磷酸盐溶液(7]。当沉浸在水溶液中方解石,方解石溶解和物资^{2 +}和所示(1)。没有进一步的反应会发生如果水不含其他离子。然而,如果解决方案包含磷盐,解决方案是过饱和有限公司₃美联社。因此,Ca^{2 +},,沉淀为有限公司₃美联社,见(2)。

基于此dissolution-precipitation反应,方解石转换公司₃美联社,维护其宏观结构。

另一方面,石膏通过属性。因此,有限公司₃美联社在任何形状都可以伪造石膏作为前体。石膏溶解于水的供应^{2 +},见

如果解决方案包含和解决方案是过饱和对有限公司₃美联社;因此,Ca^{2 +},,将沉淀公司吗₃美联社(见(2)),类似于当方解石作为前体。在反应中,可以由碳酸盐盐添加到磷酸盐溶液(8]或从大气中,特别是当磷酸盐溶液是碱性。

有限公司₃美联社捏造以这种方式被认为是一种很有前途的人工骨替代物。然而,很少有组织学检查进行有限公司₃美联社,没有组织学检查报告公司₃美联社捏造使用组石膏作为前体。

因此,本研究的目的是探讨组织应对有限公司₃美联社从集石膏使用s-HAp作为控制制作的。

2。材料和方法

2.1。有限公司₃Ap颗粒

b型碳酸磷灰石(有限公司₃美联社)颗粒是准备使用组石膏作为前体,类似于前文所述的方法9]。首先,集石膏被混合的硫酸钙半水化合物(卡索₄·1/2H₂和光纯化学工业,O, kouichi日本京都)和蒸馏水water-to-powder比率为0.5。石膏粘贴后被允许设置在室温下24 h,压碎,已筛获得200年到400年μ米颗粒。

此外,石膏颗粒沉浸在1 mol / L Na₃阿宝₄和光纯化学工业(kouichi)水溶液在100°C 24 h。

2.2。烧结HAp颗粒

s-HAp捏造了烧结获得的商业羟磷灰石粉(HAP200;Taihei化学、日本大阪)。HAp粉(0.2 g)被放置在一个不锈钢模具和单向地按下一个油压压床(日本权力;日本精、新泻、日本)5 MPa。HAp契约在电子炉加热在5°C /分钟到1200°C和烧结温度为4 h,然后冷却炉内。s-HAp受到挤压,使已筛获得200年到400年μ米颗粒。

2.3。描述

成分和微晶尺寸的标本测定使用x射线衍射仪(XRD): D8进步,力量中心——AXS GmbH卡尔斯鲁厄,德国)在40 kV和40 mA。衍射角是连续扫描从10°60°2θ在2°/分钟的扫描速度。比表面积的颗粒测量使用Brunauer-Emmett-Teller方法利用表面积吸附氮气使用分析仪(双子座2375微粒学,诺,美国)。此外,傅里叶转换红外(ir)光谱与红外光谱分析(光谱2000 lx;优秀的有限公司,神奈川,日本),得到的结果记录的波数范围370 - 7800厘米⁻¹。然后,公司₃内容在apatitic结构使用以前报道的方法估计(10]。两种材料的孔隙度计算是基于样本的体积密度和HAp的密度表示为一个百分比见以下方程: 在哪里和是样品的表观密度和理论密度HAp(3.16克/厘米吗³)。

同时,两颗粒进行了形态学观察使用扫描电子显微镜下的加速电压15千伏(s - 3400 n,日立高新技术,东京,日本)。

2.4。外科手术

48 8-week-old男性雄性sd大鼠中(每个重约200 - 250克)被用于这项研究。在这项研究中,指导的护理和使用实验动物,国家研究委员会,美国是严格遵守和所有动物实验伦理委员会的批准下进行大学动物实验(批准文号:a24 - 221 - 0)。

在全身麻醉下,胫骨骨双腿被剥落仔细暴露。骨膜剥离后,人工骨腔1.5×5.0毫米准备在胫骨的皮质骨通过钻井附带一个圆形钻牙机头(11]。骨腔是重建的水平前骨表面,其颗粒大小在105°C的高压蒸汽消毒60分钟。然后用缝合关闭皮瓣。手术后,丁丙诺啡(Lepetan、大冢制药、东京、日本)注射止痛剂。

2.5。组织过程

植入2和4周后,这些动物安乐死和固定解决方案包含4%多聚甲醛和5%戊二醛在0.1 mol / L磷酸盐缓冲剂pH值7.4。胫骨骨被剥落和提取,然后小心翼翼地暴露沉浸在同样的固定剂在室温下1周。与Plank-Rychlo脱钙作用后的解决方案(12)24 h,标本通过一系列分级脱水乙醇和正丁基缩水甘油醚其次是嵌入在环氧树脂(Quetol 651;安全卫生,日本东京)。标本切片在1μ米厚片使用超微切片机(ULTRACUT年代;Reichert-Nissei、东京、日本),与甲苯胺蓝染色,然后检查光显微镜下检测的移植材料和新骨形成。

3所示。结果

图1显示的扫描电镜图像有限公司₃据美联社和s-HAp颗粒。s-HAp颗粒的密度稍高一些。的有限公司₃Ap颗粒,针状的石膏晶体结构保持的形态,满是许多细粒状晶体。s-HAp颗粒表面,典型的观察晶粒结构。其他特征的有限公司₃据美联社和s-HAp颗粒是总结表1。

图2总结了颗粒的粉末x射线衍射模式用于这项研究。集石膏颗粒被发现是卡索₄h·2₂O(图2(一)),并设置石膏沉浸在Na₃阿宝₄解决方案演示了一个广泛的apatitic峰,表明它经历了一个从石膏成分转换low-crystalline磷灰石(图2(b))。相比之下,s-HAp颗粒透露一个顶点典型高水晶HAp(图2(c))。

图3总结了颗粒的傅立叶变换红外光谱用于这项研究。集石膏颗粒了吸收光谱波数三个地区:1700 - 1600厘米⁻¹,1300 - 1000厘米⁻¹,700 - 600厘米⁻¹(图3(a))。一组石膏沉浸在Na₃阿宝₄解决方案显示apatitic山峰和碳酸盐典型的b型碳酸磷灰石中达到顶峰被替换为。的有限公司₃内容在apatitic结构估计为1.4质量%的傅立叶变换红外光谱。然而,s-HAp颗粒显示apatitic但是没有峰值对应的峰值(图3(c))。

图4总结了组织学的图片有限公司₃Ap颗粒植入后2周。的有限公司₃Ap颗粒几乎是新形成的骨(图的限制4(一))。新骨和公司之间的联系₃美联社是亲密和软组织的直接没有任何干预。可能直接接触的细胞,成骨细胞和破骨细胞,观察一些表面的有限公司₃Ap颗粒(图4 (b)和4 (c))。

图5总结了组织学的图片有限公司₃Ap颗粒植入后4周。在4周,有些颗粒直接接触新骨(数字5(一个)和5 (b));然而,否则颗粒的表面被监测细胞(图5 (c))。骨基质的直接沉积到公司₃Ap颗粒,观察成骨细胞(图5 (b))。因此,新形成的骨植入区,包括有限公司₃Ap颗粒,似乎经历正常的骨重塑。

图6总结了组织学s-HAp 2周后植入的照片。s-HAp颗粒被结缔组织包围2周后植入(图6(一))。一些多核巨细胞(跨国公司),可能是巨噬细胞多核体,直接讲s-HAp颗粒。这些巨型细胞显示统一的细胞质与细胞核的可染性,及其大小> 50μm。因此,这些细胞被认为是异物巨细胞,不破骨细胞(图6 (b))。

在植入后4周,s-HAp颗粒之间的边界和周围的骨头清晰可辨(图7(一))。新骨形成的数量在4周后植入后超过2周。s-HAp颗粒保持原来的大小和形状(图7 (b))。

没有炎症反应,表现为免疫活性的细胞迁移的观察周围的颗粒植入不管他们的成分。所有颗粒表现出优秀的组织反应。

4所示。讨论

观察公司之间有着明显的差别₃据美联社和关于osteoconductivity s-HAp颗粒。在公司新骨形成₃Ap颗粒无纤维组织早在2周后植入。此外,成骨细胞的细胞和骨基质沉积表面的公司被发现₃Ap颗粒在移植后2周。相比之下,s-HAp颗粒被纤维组织包围在这个阶段。因此,观察成骨细胞和s-HAp之间没有直接联系。虽然s-HAp颗粒也连着骨头,这些差异表明,有限公司₃美联社osteoconductivity高于s-HAp。这些结果与之前报道的细胞研究一致,虽然我们使用的前身是不同的。Nagai等人使用人类骨髓细胞(hBMCs)和评估公司的影响₃美联社的细胞反应。这是证明hBMCs孵化有限公司₃美联社表现出更高的表达成骨细胞的分化标记,如I型胶原蛋白、碱性磷酸酶、骨桥蛋白和骨钙素,比hBMCs孵化s-HAp (13]。

此外,观察公司之间有着明显的差别₃据美联社和s-HAp对他们的吸收能力。的有限公司₃美联社,跨国公司与有限公司豪希普氏缺损被观察到₃Ap颗粒在所有阶段。这些细胞的形态非常相似的破骨细胞在骨重塑。相比之下,s-HAp颗粒,多核和非常大的细胞> 50的尺寸μ米是在早期阶段就被观察到。这些细胞没有产生吸收腔隙和他们的破骨细胞形态相似,丰富的内体的特征。相反,细胞与巨噬细胞的多核体。

磷酸氢钙吸收的机理仍在争论。Dersot等人报道,s-HAp不是再吸收由破骨细胞;然而,它是由跨国公司再吸收,没有tartrate-resistant酸性磷酸酶活性(破骨细胞的典型标记);相反,它有一个非特异性酯酶(一个典型的巨噬细胞标记)14]。和田等人报道βtcp与破骨细胞没有再吸收;然而,它被跨国公司再吸收。没有观察到折边边境,和酒石酸酸性磷酸酶被轻易的灭活15]。相反,一些研究人员报道,钙磷酸盐被破骨细胞再吸收。巴塞尔等人报道,双相磷酸钙和牛骨磷灰石被破骨细胞再吸收,和牛骨磷灰石被破骨细胞(再吸收16]。汤等人报道,low-crystalline磷灰石捏造的设置磷灰石反应水泥是由破骨细胞(再吸收17]。应该注意的是,钙磷吸收的机理可能是不同的在不同的研究。钙磷酸盐和结晶度的构成是不同的。然而,这些特征可能存在不同的机会在未来进行比较研究。

我们s-HAp结果一致的结果之前的论文,跨国公司观察s-HAp颗粒。巨噬细胞多核体也是创建吸收坑。然而,坑很浅,小(18]。这意味着,巨噬细胞的细胞外降解活动多核体相对较低。此外,高结晶材料的溶解速度,包括s-HAp很小(1,19,20.]。由于巨噬细胞和多核体的吸收能力较低,因为s-HAp溶解率低,跨国公司不能溶解s-HAp。因此,s-HAp的轮廓甚至是保存4周后植入。

外表的颗粒周围的成骨细胞的细胞βtcp已经报道始终遵循由材料的吸收跨国公司(15]。在目前的研究中,s-HAp并列了跨国公司在早期阶段,和颗粒封装在后期被新骨。因此,它是可能的,跨国公司的并列在早期阶段s-HAp在随后的骨形成中扮演了重要的角色。

总之,与传统s-HAp,新开发有限公司₃美联社证实骨突骨腔改造特征,如直接成骨细胞的骨形成和监测吸收。这些特征被认为是骨替代材料的关键。然而,本研究的限制是,我们采用一种啮齿动物小缺陷模型。在实际的骨扩增过程中,大量的植骨材料应用于所需的地区。在目前的研究中,细胞反应对材料可以澄清;然而,当应用于大量的材料,细胞渗透和/或形成血管移植材料颗粒可能在骨的成功发挥重要作用增强。在未来的研究中,实际的骨扩增能力有限公司₃美联社,比如在牙槽骨保护或大缺陷填充,应阐明。

5。结论

Low-crystalline有限公司₃美联社透露更高osteoconductivity相比具有高结晶s-HAp。有限公司₃Ap颗粒证明由监测细胞吸收和直接由成骨细胞的骨形成细胞,这些特征相似的骨头。因此,有限公司₃Ap颗粒是一种理想的人工骨替代物。进一步的研究需要基于这一研究获得的结果。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

本研究支持,在某种程度上,由战略促进创新研究和发展计划,日本医学研究和开发署和jsp KAKENHI批准号26861643。作者感谢博士Yunia醉酒驾车Rakhmatia技术援助。