陳潔 董謝平 劉爭卉 胡興龍 魏杰＊,

(1華東理工大學超細材料制備與應用教育部重點實驗室，上海200237)

(2江西省人民醫(yī)院骨科，南昌330006)

介孔硅酸鎂改性硫酸鈣骨水泥的降解及成骨性

陳潔1董謝平＊,2劉爭卉1胡興龍1魏杰＊,1

(1華東理工大學超細材料制備與應用教育部重點實驗室，上海200237)

(2江西省人民醫(yī)院骨科，南昌330006)

將介孔硅酸鎂(m-MS)摻雜到硫酸鈣(CS)中，制備了一種新型復合骨水泥(m-MSC)。結果顯示：摻入m-MS，延長了m-MSC的固化時間；提高了其降解速率；摻入m-MS可中和CS降解產(chǎn)生的酸性物質，緩解pH值下降。體外細胞實驗顯示：m-MSC能促進MC3T3-E1細胞增殖和分化；動物體內植入實驗顯示：m-MSC的成骨量和Ⅰ型膠原陽性表達率都顯著高于CS。

介孔硅酸鎂；硫酸鈣；復合骨水泥；降解性；成骨性

0 引言

硫酸鈣(CS)人工骨具有良好的生物相容性、降解性和成骨性，作為骨移植替代物的研究已有100多年歷史，在臨床應用上得到了廣泛的認同，是一種比較理想的骨移植替代材料之一[1-3]。CS人工骨能夠在體內完全吸收，在體內降解時，局部形成了高鈣環(huán)境，不僅為新生骨組織提供了鈣源，而且還能促進成骨細胞增殖與分化，形成新骨組織[4]。然而，研究表明：CS降解時產(chǎn)生酸性物質，引起植入?yún)^(qū)微環(huán)境pH值下降，導致局部產(chǎn)生無菌炎癥反應；而且CS人工骨的生物活性較低，成骨性能較差[5-6]。

為了擴展了CS人工骨的應用范圍，提高了其臨床應用的效果，有人將CS同其它生物材料復合，增強其成骨性能，如CS復合富血小板血漿、自體骨、殼聚糖、明膠等[7-10]。通過對CS改性，使其性能得到不斷提高。介孔硅酸鎂(m-MS)是一種新型的骨修復材料，具有優(yōu)良的生物相容性和降解性[11]；m-MS降解呈弱堿性，有利于細胞生長[12]；另外，與常規(guī)生物材料相比，m-MS具有大的比表面積和高的孔容，因此生物活性更高[13]。另外，一些研究發(fā)現(xiàn)：鎂、硅元素能夠促進成骨細胞的增殖、分化及骨相關基因表達[14]。因此，本研究將m-MS摻雜到CS中，制備了一種新型復合骨水泥(m-MSC)；通過體外理化性能表征、細胞實驗，以及兔股骨缺損植入實驗，評價了m-MSC的生物相容性、降解性及成骨性能。

1 實驗部分

1.1 m-MSC的制備及表征

3 g聚(丙二醇)-嵌-聚(乙二醇)-嵌-聚(丙二醇) (P123)溶于217 g去離子水中，再加入6 g乙醇，攪拌至溶液澄清；再依次加入17 mL濃鹽酸和12.9 g正硅酸乙酯(TEOS)。攪拌30 min，再加入14.8 g硝酸鎂(Mg(NO3)2·6H2O)，攪拌4 h后，于通風櫥中陳化1～2天。樣品水洗3次后，放入100℃的干燥箱中干燥12 h；干燥后的樣品在600℃下煅燒5 h(升溫速率2℃·min-1)，得m-MS粉體。將二水硫酸鈣于馬弗爐中(160℃)煅燒8 h，得β-半水硫酸鈣，用球磨機粉碎樣品。將m-MS粉末按0%(CS)、20%(20m-CSC)和40%(40m-MSC)的質量百分比與β-半水硫酸鈣粉末均勻混合，制得骨水泥粉末；將去離子水與骨水泥粉末調成水泥漿體(1∶1，g·mL-1)，將漿體填入四氟模具中(Ф 6×6 mm和Ф 12×3 mm)，置于100%相對濕度、37℃環(huán)境中固化24 h，制得水泥固化樣品，用于后期各種測試。

將m-MS研磨至粉末，在乙醇中超聲分散10 min，用吸管吸取一滴溶液滴加至銅網(wǎng)上，待乙醇完全揮發(fā)，用高分辨透射電子顯微鏡(TEM，JEM1400F型，日本JEOL公司)觀察其微觀形貌及結構(工作電壓為200 kV)。用轉靶X射線多晶衍射儀(XRD，D/ max-2550-VB/PC型日本Rigaku公司)測試m-MS的物相。輻射源Cu Kα(λ=0.154 nm)，電壓40 kV，電流450 mA，掃描范圍10°～80°。將骨水泥充分干燥，用導電膠粘結于樣品臺上，噴金處理樣品表面，用掃描電子顯微鏡(SEM，S-3400型，日本Hitachi公司)觀察樣品的表面形貌。用XRD測試β-半水硫酸鈣及骨水泥的物相。

1.2 m-MSC的固化時間和抗壓強度

采用Gilmore雙針法測定骨水泥的凝結時間[15]。將骨水泥粉末與水調和，攪拌均勻后，將水泥注入至模具后開始計時，1 min后，將Gilmore針N1垂直落在水泥表面，保持5 s，每隔30 s重復1次，直至在表面不能留下壓痕為止，記錄該段時間t，即為固化時間。將骨水泥制成10×10×15 mm的塊狀固體，用萬能力學試驗機(REGER30-50型)測試其抗壓強度。測試條件為1 mm·min-1，壓縮比達到50%或碎裂時，停止試驗。

1.3 體外降解和礦化實驗

將樣品(CS、20m-MSC和40m-MSC，Ф 12×3 mm)用無水乙醇超聲清洗2～3次，用烘箱于100℃干燥24 h，電子天平稱其質量并記錄為M0，將樣品放入聚乙烯管中，加入Tris-HCl溶液(pH=7.4)，樣品質量與浸泡液體積比為1/20(g·mL-1)，將聚乙烯管置于恒溫振蕩儀中(溫度為37℃，震蕩頻率72 r·min-1)。每周更換一次浸泡溶液，每次換液前，用等離子體發(fā)射光譜儀(ICP)測定Tris-HCl浸泡液中的Ca、Mg、Si離子濃度，并用pH計測量溶液的pH值。每周取出樣品，用烘箱于100℃干燥后，稱其質量，記為Mt，則樣品的失重率ML為：

將樣品(CS、20m-MSC和40m-MSC，Ф 12×3 mm)浸泡在模擬體液(SBF，pH=7.4)中[16]，固液比為1/200 (g·mL-1)，整個體系置于37℃的恒溫搖床中。在第7天，分別取出樣品，用去離子水反復沖洗，在37℃烘箱中烘干，利用SEM觀察樣品表面是否有磷灰石生成。

1.4 細胞培養(yǎng)實驗

1.4.1 細胞形貌和增殖

將樣品(CS、20m-MSC和40m-MSC，Ф 12×3 mm)用高溫蒸汽消毒滅菌后，放入24孔細胞培養(yǎng)板中；將MC3T3-E1細胞接種于樣品表面(2.5×104mL-1)，每2天更換一次細胞培養(yǎng)液。培養(yǎng)基為DMEM，含有10%(V/V)胎牛血清，1%(V/V)的抗生素；細胞生長環(huán)境為37.5℃，100%飽和濕度，5%CO2氣氛中。第3天，吸出孔板內的培養(yǎng)液，用磷酸緩沖溶液(PBS)清洗樣品，再用2.5%的戊二醛固定2 h；吸出固定液，用5 μg·mL-1鬼筆環(huán)肽(FITC-Phalloidin)染色60 min，PBS清洗樣品，再用DAPI染色5 min，用激光共聚焦顯微鏡(CLSM)觀察。

將實驗樣品(同前)放入24孔細胞培養(yǎng)板中；將MC3T3-E1細胞接種于樣品表面(1×104mL-1)。每2天更換一次細胞培養(yǎng)液。分別在1、3和7天，將樣品取出，放入新的24孔板中，加入CCK8試劑500 μL，放回孵箱，4 h后吸取10 μL至96孔板中，用酶標儀于490 nm處，測定相應時間和樣品的光密度值(OD)。

1.4.2 ALP活性

實驗樣品(同前)放入24孔細胞培養(yǎng)板中；將MC3T3-E1細胞(2.5×104mL-1)接種于樣品表面。每2天更換一次細胞培養(yǎng)液。在7，10和14天，吸去孔內的培養(yǎng)基，用PBS緩沖液清洗孔3次。在放有樣品的孔中加入500 μL乙基苯基聚乙二醇溶液(濃度為1%)，以獲得細胞裂解液。裂解完成后，每孔加入50 μL的P-硝基苯磷酸鹽溶液(濃度為1 mg·mL-1)，室溫放置15 min，最后加入100 μL的0.1 mol·L-1的NaOH終止反應。用酶標儀在405 nm波長處測OD值，并根據(jù)OD值計算出樣品上細胞的ALP活性。

1.5 動物體內骨植入實驗

CS、20m-MSC和40m-MSC三組樣品(Ф 6×6 mm)輻照滅菌。選取健康成年雄性新西蘭大白兔27只(體重2.8～3.1 kg)，分為3組(每組分別植入CS、20m-MSC和40m-MSC)，每組9只兔。用骨科鉆在兔右側股骨末端制作骨缺損(Ф 6×6 mm)，將樣品植入缺損處，術后連續(xù)3天，對兔注射青霉素防止術后感染。于術后4，8和12周，處死兔(每個時間點，3只兔作為平行樣)，取出植入樣品，用2.5%的戊二醛固定1周。

1.5.1 組織學評價

取甲酸和甲醛各10 mL，混合后加蒸餾水至100 mL，即為甲酸一福爾馬林液脫鈣液。將已固定的樣品放入脫鈣液中，置入恒溫箱中，37℃過夜，更換液體2次。脫鈣后的樣品經(jīng)流水沖洗后，再進行常規(guī)石蠟包埋切片。脫鈣切片用二甲苯脫蠟處理，用蘇木素染色10 min。用1%的鹽酸-乙醇溶液(70%乙醇配制)進行分色，通過顯微鏡觀察控制，分色到細胞核及染色質清晰為止。用流水沖洗30 min，再用麗春紅酸性品紅溶液染色5 min，后用1%磷酸鉬溶液染色3 min，浸入苯胺藍冰醋酸中染色5 min，用水迅速沖洗；將切片置于60℃干燥箱中烘干，用二甲苯透明2次，滴加適量中性樹脂后，加蓋玻片封片，在倒置顯微鏡下觀察。

1.5.2 免疫組化分析

石蠟切片經(jīng)過脫蠟處理，在3%H2O2中浸泡10 min(以消除內源性過氧化物酶的活性)；再用PBS緩沖液沖洗3次；室溫下復合消化酶消化10 min后，PBS緩沖液沖洗3次；滴加BAS(牛血清白蛋白)封閉液，室溫20 min，倒去多余液體；滴加一抗兔抗人Ⅰ型膠原抗體(1∶50稀釋)，4℃過夜，用PBS緩沖液沖洗2次后，加入二抗生物素化兔抗人Ⅰ型膠原抗體工作液，37℃孵箱孵育0.5 h；再用PBS緩沖液沖洗2次，后滴加適量的SABC(鏈霉親和素-生物素復合物)液在37℃孵箱孵育0.5 h。用PBS緩沖液沖洗2次后，加入DAB(二氨基聯(lián)苯胺)顯色劑顯色15 min。顯色結束后，用自來水反復沖洗，并對其進行復染、脫水、透明和封片。陰性對照用PBS代替一抗，其余步驟同上。

1.6 統(tǒng)計方法

采用SPSS15.0(SPSS，美國)統(tǒng)計分析軟件。計量數(shù)據(jù)用平均值±標準差的形式表示，采用t檢驗進行統(tǒng)計學分析，P＞0.05表示實驗所獲得的數(shù)據(jù)無顯著性差異，不具有統(tǒng)計學意義；P＜0.05表示實驗所獲得的數(shù)據(jù)具有顯著性差異，具有統(tǒng)計學意義。

2 結果與討論

2.1 m-MS的TEM觀察和XRD分析

圖1a顯示的是m-MS的透射電子顯微鏡照片；可以看出m-MS的介孔孔道結構具有高度的有序性，且介孔孔徑的平均尺寸約為5 nm。m-MS的這種規(guī)整有序的介孔結構，使其具有高比表面積和孔容。圖1b是m-MS的廣角XRD圖，圖中在2θ=22°左右存在一個較寬的衍射峰，這是典型的無定形硅酸鹽的X射線衍射圖[17]。這說明介孔硅酸鎂是無定形相，是一種非晶材料。

2.2 m-MSC的SEM觀察和XRD分析

圖2為CS，20m-MSC和40m-MSC的SEM照片?？梢钥闯觯篊S(a)是由硫酸鈣晶體組成，形成致密結構。隨著m-MS含量的升高，20m-MSC(b)和40m-MSC(c)的表面變得粗糙多微孔；m-MS分布于硫酸鈣中，使得原本致密的硫酸鈣晶體結構變得松散多孔。

圖2d為β-半水硫酸鈣及m-MSC(固化24 h)的XRD圖，可以看出：β-CaSO4·1/2H2O的特征峰出現(xiàn)在14.72°，25.68°，29.76°和31.91°處；而CaSO4·2H2O (CS)的特征峰出現(xiàn)在11.68°，20.78°，23.38°，29.18°，31.18°和33.38°處，且沒有發(fā)現(xiàn)β-半水硫酸鈣的特征峰；表明β-半水硫酸鈣已轉化為二水硫酸鈣[18]。在20m-MSC和40m-MSC中，硫酸鈣的特征峰出現(xiàn)的位置與CS一致，但峰的強度隨著m-MS含量的增加而減弱，說明m-MS的摻入，復合體系中沒有新的晶型出現(xiàn)，但影響了CS的結晶。

圖1 m-MS的TEM(a)照片和XRD(b)圖Fig.1TEM(a)image and XRD(b)of m-MS

2.3 m-MS含量對m-MSC的固化時間和抗壓強度的影響

由表1可見：CS的固化時間為5 min，而20m-MSC和40m-MSC的固化時間分別為6.5和7.8 min；說明隨著m-MS摻入量的增加，m-MSC的固化時間延長，骨水泥更加容易操作，方便了臨床使用。結果表明：在CS中添加一定量的m-MS，解決了CS骨水泥在臨床使用時，其固化時間過快(4～5 min)、醫(yī)生不易操作的缺點[19]。另外，由表1可見：CS的抗壓強度為15 MPa，而20m-MSC和40m-MSC的抗壓強度分別為12 MPa和10 MPa；結果顯示：隨著m-MS摻入量的增加，m-MSC的抗壓強度逐漸降低，這說明m-MS的摻入量對m-MSC的抗壓強度有一定的影響。一般情況，臨床使用的骨水泥的抗壓強度要求在3 MPa以上[20]。因此，本研究制備的復合骨水泥(40m-MSC 10 MPa)的抗壓強度，可滿足臨床應用的要求。

表1 骨水泥的凝結時間和抗壓強度Table 1Setting time and compressive strength of bone cements

2.4 m-MS含量對m-MSC體外降解性能的影響

由圖3a可見，3組骨水泥在Tris-HCl溶液中的失重率都隨時間而增加，40m-MSC失重率最高，而CS最低；浸泡12周后，40m-MSC失重率為91.8%；而20m-MSC和CS的失重率分別為83.4%和78.7%；這說明隨著m-MS摻入量的增加，m-MSC的降解速度加快，這是因為摻入m-MS，破壞了CS固化后的密實結構，從而提高了骨水泥的降解性，這有利于促進新骨再生[21]。結果表明：在CS中添加m-MS，可以調節(jié)m-MSC的降解速率，從而調控骨組織再生。由圖3b可見，前2周，浸泡CS的Tris-HCl溶液的pH值下降明顯(從7.4下降至6.95)，之后，溶液pH值下降緩慢；浸泡12周后，溶液的pH為6.86，呈酸性。而浸泡20m-MSC和40m-MSC的溶液pH值，在前2周下降幅度不大(分別從7.4下降到7.1和7.23)，之后，溶液pH值呈緩慢上升，浸泡12周后，溶液的pH分別為7.28和7.31，呈弱堿性。

研究表明：硫酸鈣降解產(chǎn)生酸性物質，其植入體內初期，材料周圍的微環(huán)境pH值明顯下降，從而引起周圍組織產(chǎn)生無菌炎癥反應[22]。硅酸鎂降解時，溶液的pH值呈弱堿性，有利于細胞生長[23]。本實驗結果表明：添加m-MS于CS中，能夠中和CS降解產(chǎn)生的酸性物質，從而減緩pH值下降；隨著m-MS摻入量的增加，浸泡m-MSC的溶液pH值下降越少，而且還會小幅度上升。因此，添加m-MS的m-MSC植入體內，可避免因其降解導致的pH值下降，從而避免無菌炎癥反應的發(fā)生。

圖4是CS、20m-MSC和40m-MSC在Tris-HCl溶液中浸泡7天，溶液的鈣、鎂和硅離子濃度的變化情況。結果表明：Ca、Mg、Si離子濃度隨時間而增加，這是由于骨水泥溶解后釋放出這些離子。

2.5 m-MS含量對m-MSC體外生物活性的影響

圖5是CS(a)，20m-MSC(b)和40m-MSC(c)在SBF溶液中礦化7天后的SEM照片。CS表面出現(xiàn)少量磷灰石，而20m-MSC和40m-MSC表面的磷灰石量明顯高于CS表面。在40m-MSC表面出現(xiàn)了大量磷灰石，這說明：隨著m-MS含量的增加，復合骨水泥的生物活性明顯提高，這是因為SBF中含有過飽和的鈣離子，以及m-MS表面含有豐富的Si-OH，可以誘導鈣-磷成核，從而生長出磷灰石[24-25]。

圖3 CS、20m-MSC和40m-MSC在Tris-HCl溶液中的失重率(a)及浸泡液的pH值變化(b)Fig.3Weight loss(a)of CS,20m-MSC and 40m-MSC and pH change(b)of the solution after soaking in the Tris-Hcl solution for different time

圖4 CS(a)、20m-MSC(b)和40m-MSC(c)在Tris-HCl溶液中浸泡7天溶液的鈣、鎂和硅離子濃度變化Fig.4Change of Ca,Mg,P ionic concentrations in Tris-HCl solution after immersion CS(a),20m-MSC(b) and 40m-MSC(c)for 7 days

圖5 CS(a),20m-MSC(b),40m-MSC(c)在SBF溶液中礦化7天后的SEM照片F(xiàn)ig.5SEM images of CS(a),20m-MSC(b),40m-MSC(c)after immersed in the SBF solution for 7 days

2.6 m-MSC對細胞形態(tài)的影響

圖6是MC3T3-E1細胞在骨水泥表面種植不同時間后的激光共聚焦照片。由圖可見，細胞在樣品表面種植6 h后，CS表面粘附有一定量的細胞，而40m-MSC表面的細胞粘附量明顯多于CS；隨著時間的延長，細胞數(shù)量在3種水泥表面增加(1天)；3天時，40m-MSC表面的細胞鋪展形態(tài)明顯優(yōu)于CS，且細胞骨架輪廓清晰。結果表明：摻入m-MS后，m-MSC表面的微環(huán)境呈弱堿性，有利于細胞在材料表面粘附與生長。

2.7 m-MSC對細胞增殖和堿性磷酸酶(ALP)活性的影響

圖7a是MC3T3-E1細胞培養(yǎng)不同時間后，細胞在3種骨水泥表面上的增殖情況。由圖可見：隨著培養(yǎng)時間的延長，細胞的光密度(OD)值增加，說明細胞在3種骨水泥上不斷地增殖。在第7天時，細胞在40m-MSC表面的OD值明顯高于20m-MSC和CS，說明細胞在40m-MSC表面增殖較快。結果表明：添加m-MS的m-MSC能促進成骨細胞生長和增殖。m-MSC表面的微環(huán)境呈弱堿性，有利于細胞生長；另外，m-MS降解產(chǎn)生的鎂、硅離子有利于成骨細胞的增殖[14]。

圖6 MC3T3-E1細胞在CS(a,b,c),20m-MSC(d,e,f)和40m-MSC(g,h,i)表面種植6 h(a,d,g),1天(b,e,h)和3天(c,f,i)后的激光共聚焦照片F(xiàn)ig.6CLSM photos of cytoskeletal morphology and spreading of MC3T3-E1 cells on CS(a,b,c),20m-MSC(d,e,f)and 40m-MSC(g,h,i)for 6 h(a,d,g),1 d(b,e,h)and 3 d(c,f,i)

圖7 MC3T3-E1細胞在骨水泥表面增殖情況(a),以及培養(yǎng)3和7天后的ALP活性(b)Fig.7Proliferation of MC3T3-E1 cells on the cements surfaces(a)and ALP activity of the cells after cultivating for 3 and 7 days(b)

ALP是成骨細胞分化的一種標志酶，其活性的高低代表細胞成骨分化的程度[26]。由圖7b可見，隨著細胞在樣品表面培養(yǎng)時間的增加，MC3T3-E1細胞的ALP活性不斷增加；且細胞在40m-MSC和20m-MSC上的ALP活性高于CS；在第7天時，在40m-MSC上的細胞ALP活性明顯高于CS；結果說明：添加m-MS的m-MSC能促進細胞成骨分化，這與文獻報道的m-MS能促進成骨細胞分化結果一致[12]。

2.8 組織切片評價m-MSC體內降解和成骨性

圖8 CS(a,b,c)、20m-MSC(d,e,f)和40m-MSC(g,h,i)植入兔股骨缺損4(a,d,g),8(b,e,h)和12(c,f,i)周后的三色染色組織切片照片(A);骨水泥植入兔股骨缺損4,8和12周后的新生骨組織量的變化(B)Fig.8Masson trichrome staining photos(A)of CS(a,b,c),20m-MSC(d,e,f)and 40m-MSC(g,h,i)implanted in vivo for 4(a,d,g),8(b,e,h)and 12(c,f,i)weeks,and New bone area change(B)after bone cements implanted in vivo for 4,8 and 12 weeks

圖8A是CS、20m-MSC和40m-MSC植入兔子股骨末端骨缺損區(qū)4、8和12周后的三色染色組織切片照片(藍色代表新生骨組織，深紅色代表成熟骨組織)。結果顯示：隨著植入時間的延長，骨水泥不斷減少，新生骨組織不斷增多，同時伴有成熟骨的形成。圖8B是利用Image-pro Plus軟件對組織切片進行統(tǒng)計學分析，得到樣品植入骨缺損后，不同時間的新生骨組織量。由圖可見：骨水泥在體內隨時間而不斷降解，新生骨組織不斷增多。植入體內12周后，40m-MSC和20m-MSC的新生骨面積分別為79.3%和65.2%，明顯高于CS(新生骨面積僅占49.1%)。結果表明：添加m-MS的m-MSC能促進新骨再生，該骨水泥具有優(yōu)良的降解性和成骨性能。

2.9 免疫組化-Ⅰ型膠原評價m-MSC體內成骨

在骨基質礦化的過程中，成骨細胞合成并分泌Ⅰ型膠原，膠原纖維形成框架，為骨礦化提供結構基礎。因此，Ⅰ型膠原的合成是衡量成骨細胞成骨能力的一個非常重要指標[27]。圖9A是CS、20m-MSC和40m-MSC植入兔子股骨末端缺損4、8和12周，組織切片的Ⅰ型膠原免疫組化染色照片。圖中黃色區(qū)域為Ⅰ型膠原的陽性表達，黃色區(qū)域面積越大，表明Ⅰ型膠原蛋白分泌越多，新生骨組織形成越多。

圖9 骨水泥CS(a,b,c)、20m-MSC(d,e,f)和40m-MSC植入體內4(a,d,g)、8(b,e,h)和12(c,f,i)周，組織切片的免疫組化染色照片(A，Ⅰ型膠原染色)和相應時間的陽性表達率(B，Ⅰ型膠原表達)Fig.9Immunohistological staining photos(A,COL-Ⅰstaining)and positive express rate(B,COL-Ⅰexpression)after CS(a,b,c),20m-MSC(d,e,f)and 40m-MSC(g,h,i)implanted in vivo for 4,8 and 12 weeks

圖9B是樣品植入骨缺損不同時間，植入?yún)^(qū)組織的Ⅰ型膠原陽性表達率。由圖可知：3種材料植入?yún)^(qū)的Ⅰ型膠原陽性表達率隨時間而不斷增加，說明3種材料都具有成骨性能。在整個時間段，40m-MSC組的Ⅰ型膠原陽性表達率明顯高于CS組。第12周時，40m-MSC和20m-MSC的Ⅰ型膠原表達率分別為73.5%和60.1%，而CS的Ⅰ型膠原表達率為22.7%；說明40m-MSC組的成骨性能明顯優(yōu)于CS組。文獻報道：m-MS降解產(chǎn)生的鎂、硅離子有利于成骨細胞的增殖和分化，進而促進新骨組織再生[28-29]。而且m-MS降解時呈弱堿性，可以中和硫酸鈣降解產(chǎn)生的酸性物質，避免周圍組織產(chǎn)生炎癥反應，也有利于新組織再生?？傊?，添加m-MS的m-MSC能促進新骨組織再生，有利于骨缺損的修復。

3 結論

將m-MS摻入CS中，制備了一種新型的復合骨水泥(m-MSC)，該骨水泥具有合適的凝結時間，克服了CS固化過快，臨床不易操作的缺點。摻入m-MS不僅提高了m-MSC的降解速率；而且其降解產(chǎn)物可以中和CS降解產(chǎn)生的酸性物質，緩解植入?yún)^(qū)的pH下降，從而克服了CS易引起周圍組織產(chǎn)生炎癥反應的缺點。40m-MSC的表面能沉積大量磷灰石，有利于新骨形成。m-MSC具有優(yōu)良的細胞相容性，有利于MC3T3-E1細胞粘附、增殖與分化；m-MSC成骨性能優(yōu)良，能促進新骨再生，有利于骨缺損的修復。因此，m-MSC是一種具有臨床應用前景的骨修復材料。

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Degradability and Osteogenesis of Mesoporous Magnesium Silicate Modified Calcium Sulphate Bone Cement

CHEN Jie1DONG Xie-Ping＊,2LIU Zheng-Hui1HU-Xing-Long1WEI Jie＊,1
(1Key Laboratory for Ultrafine Materials of Ministry of Education,East China University of Science and Technology,Shanghai 200237,China)
(2Department of Orthopaedic Surgery,Jiangxi People′s Hospital,Nanchang 330006,China)

A novel bone cement of mesoporous magnesium silicate and calcium sulfate composite(m-MSC)was fabricated by introducing mesoporous magnesium silicate(m-MS)into calcium sulfate bone cement(CS).The results showed that the addition of m-MS into CS prolonged the setting time and promoted the degradability of the m-MSC,and neutralized acid substance produced by CS degradation.In cell culture experiments,the result showed that the m-MSC could promote the proliferation and differentiation of MC3T3-E1 cells.In addition,the results of m-MSC histological elevation from bone trauma model revealed that massive bony tissue and Col-Ⅰformed were better than CS after 12 weeks,indicating good osteogenesis of the m-MSC.

mesoporous magnesium silicate;calcium sulfate;composite bone cement;degradability;osteogenesis

TB383

A

1001-4861(2016)06-0935-10

10.11862/CJIC.2016.125

2016-01-18。收修改稿日期：2016-04-05。

國家自然科學基金(No.81271705,31271031)和國家科技支撐計劃(No.2013BAI05B10)資助項目。

＊通信聯(lián)系人。E-mail：13576030901@163.com，jiewei7860@sina.com，Tel：+86 021 64251308；會員登記號：14M0101(董謝平)。