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艾因斯新蟲 (小有名氣)
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[交流]
鉭涂層碳纖維植入物
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介紹 在1988年Bagby引入脊柱體間融合籠之后，許多新設(shè)計不斷涌現(xiàn)。這些籠子的主要功能是通過穩(wěn)定脊柱來減輕癥狀。盡管設(shè)計多樣，但骨整合問題仍是挑戰(zhàn)之一。 碳纖維增強(qiáng)脊柱融合籠（CFRC）因其與骨匹配的放射性和彈性，已在臨床中廣泛使用。然而，CFRC在骨整合方面表現(xiàn)不佳，常被厚纖維組織包裹。為解決這一問題，我們探索了在碳纖維籠上添加生物相容性金屬層。 我們之前的研究表明，多孔鉭籠在骨整合方面表現(xiàn)良好。因此，我們相信鉭涂層能改善骨籠界面，同時保持力學(xué)和放射學(xué)性能。鉭自1940年起用于臨床，并顯示出良好的應(yīng)用效果。鉭可通過化學(xué)氣相沉積（CVD）技術(shù)涂覆。 在本研究中，我們測試了鉭包覆碳纖維籠在豬腰椎融合模型中的性能，并評估了牛骨膠原提取物作為骨移植替代物的效果。 實驗 帶有鉭涂層的碳纖維籠 碳纖維增強(qiáng)的碳復(fù)合材料為AC150。對實驗性脊髓籠進(jìn)行了機(jī)械加工，尺寸為9mm（后高度）*20 mm（寬度）（圖1）。鉭涂層由艾因斯（北京）鉭應(yīng)用科技有限公司提供。鉭涂層采用CVD工藝進(jìn)行應(yīng)用。通過射線照相評價，對涂層厚度進(jìn)行了優(yōu)化和驗證。顯微CT和MRI也被用來評估植入物的原型。 機(jī)械試驗和體外成像評估 進(jìn)行了抗壓強(qiáng)度、抗壓疲勞強(qiáng)度和模擬植入的力學(xué)試驗�？箟簭�(qiáng)度通過在帶有錐形聚乙烯塊的測試機(jī)上安裝機(jī)籠來確定，以模擬柔性脊柱。使用500 N/min速率的軸向力進(jìn)行測試，當(dāng)試樣發(fā)生永久故障或位移達(dá)到3.0 mm時停止加載�？箟浩趶�(qiáng)度通過在400-2000N之間進(jìn)行50萬次循環(huán)加載來驗證。模擬植入是通過在400 N壓縮力下操縱籠子進(jìn)行的。對原型進(jìn)行成像評估，包括X線片、microCT和MRI檢查。 動物與研究設(shè)計 本試驗涉及8頭體重50kg的丹麥種豬，進(jìn)行了腰椎椎體間融合術(shù)，使用了鉭涂層碳碳復(fù)合材料籠和椎弓根螺釘固定。研究使用牛骨蛋白提取物作為骨移植替代品，并隨機(jī)分配填充自體移植或陰道的籠子到兩個融合水平。動物在手術(shù)前3個月進(jìn)行隨訪。 麻醉與外科 全身麻醉下從髂骨取自體骨移植，并對每只豬進(jìn)行L3和L5之間的椎弓根螺釘內(nèi)固定。然后通過腹膜后入路取出椎間盤和椎體骨骺板，根據(jù)預(yù)先設(shè)計的隨機(jī)表將兩個鉭涂層的C籠插入準(zhǔn)備好的椎間盤空間。術(shù)后3個月，對豬進(jìn)行戊巴比妥注射處死，并取脊柱節(jié)段冷凍至檢查。 X線片和顯微CT評估 術(shù)后4周、8周、12周隨訪雙投影x線片。終止后，所有腰椎標(biāo)本均進(jìn)行臨床CT掃描，并進(jìn)行精密鋸切的方法制備籠的標(biāo)本和鄰近的椎骨。顯微CT掃描后，骨籠塊在分級乙醇中脫水并嵌入PMMA。使用鋸切切片機(jī)將它們切到40-50毫米的厚度，表面用淺綠色染色。在新骨體積、骨髓、軟骨組織和纖維組織體積計算上采用點數(shù)法定量評估技術(shù)。 統(tǒng)計 數(shù)據(jù)采用SPSS的方法進(jìn)行分析，并以平均6個SD表示。在自對照研究設(shè)計的基礎(chǔ)上，采用配對t檢驗對顯微ct和組織形態(tài)測量結(jié)果進(jìn)行比較。p<為0.05(twotailed)被認(rèn)為是顯著的。 結(jié)果 TCC籠的抗壓強(qiáng)度為4960.2kN，并通過了500萬次壓縮疲勞試驗。體內(nèi)試驗顯示所有豬存活，僅1頭因植入物并發(fā)癥退出。放射學(xué)評估中，最終選擇的涂層厚度為0.5±0.3微米以優(yōu)化圖像質(zhì)量�！秷D2(A)》顯示微CT評估無偽影，而《圖2(B)》在體外Mr掃描中發(fā)現(xiàn)小偽影。臨床CT結(jié)果顯示填充籠融合率為57%（4/7），自體移植融合率為100%（7/7）�！秷D3》和《圖4》顯示良好的生物相容性和骨接觸。Micro-CT結(jié)果指出兩種材料的BV/TV、BS/BV和TbTh相似，但TbSp和TbN有顯著差異（p值分別為0.02和0.03） 在對脊柱樣本的宏觀檢查中，未觀察到植入物周圍有炎癥或變色跡象。組織學(xué)切片顯示小梁與機(jī)籠表面緊密接觸（圖5）。未見植入物周圍有炎癥細(xì)胞浸潤或巨細(xì)胞存在。機(jī)籠內(nèi)外形成的骨結(jié)構(gòu)相似，種植體附近僅見輕微凝結(jié)。通過組織形態(tài)測量學(xué)定量分析，自體移植物填充的機(jī)籠顯示出較高的骨髓空間（p¼0.047）和較低的軟骨組織體積（p¼0.002），而骨體積和纖維組織體積之間無顯著差異 討論 本實驗證明，在碳纖維增強(qiáng)植入物上涂覆金屬層的概念是可行的，并顯示出良好的生物學(xué)前景。TCC籠具備優(yōu)異的力學(xué)性能和骨整合生物相容性，支持新骨形成。其抗壓強(qiáng)度與相似形狀的TCC籠相當(dāng)，且疲勞試驗未顯示明顯損傷。X線片、CT和顯微CT圖像揭示了CFRC的放射性透明特性及其在TCC籠中的保持，同時鉭涂層有助于監(jiān)測籠的狀態(tài)。14個TCC籠中有13個在3個月后達(dá)到融合，顯示出良好的彈性模量。 盡管豬模型中的空CFRC未能實現(xiàn)融合，但變色性能顯示出有前途的結(jié)果。顯微CT能更準(zhǔn)確地評估融合情況，追蹤單個骨小梁，而組織學(xué)切片提供了細(xì)胞反應(yīng)的信息。鉭涂層改善了間充質(zhì)干細(xì)胞的代謝反應(yīng)。 碳纖維植入物的主要問題之一是碎片釋放，但本研究中未發(fā)現(xiàn)針對籠狀結(jié)構(gòu)的炎癥反應(yīng)。然而，對內(nèi)臟器官的顆粒釋放進(jìn)行系統(tǒng)篩選，需要在未來的研究中進(jìn)一步探討。 結(jié)論 在碳纖維增強(qiáng)植入物上涂上一層薄層的鉭被證明是可行的。植入物顯示出足夠的機(jī)械強(qiáng)度來維持生理負(fù)荷。鉭涂層可以作為放射學(xué)標(biāo)記物，也可以作為骨整合的表面修飾。 |
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