目的在骨缺损的临床治疗中,传统的方法是通过开放性手术植入骨修复材料。然而,大多数骨缺损的形状都不规则,临床上常用的条状或颗粒状的骨修复材料无法很好地将整个缺损腔充填,从而不能与周围骨组织之间形成良好的接触,故影响骨的愈合和再生。近年来,生物学固定(biological osteosynthesis,BO)原则得到了广泛的认可,伴随着骨科微创技术的飞速发展,微创手术结合局部注射骨修复材料的方法用于骨缺损,尤其是腔隙性骨缺损的治疗得到了越来越多的重视。它不仅解决了骨缺损材料的充填问题,还避免了开放性手术带来的一系列并发症,如感染、皮肤坏死等。目前临床上较为常用的可注射骨修复材料主要是磷酸钙骨水泥(CPC)和α-半水硫酸钙(CSH)。其中,CPC的生物相容性好,能在生理条件下自固化形成,所形成的材料具有骨传导性好,能够载药等优点;CSH在与水结合后可转化成力学强度很高的二水硫酸钙(CSD),有良好的可塑性,可注射性能优良。但二者在临床应用过程中都具有一些缺点,如:CPC的可注射性能差,接触体液易崩解;而CSH降解速率过快,骨诱导性能也较差等。因此,研究新型的可注射骨修复材料迫在眉睫。基于仿生学原理,天然高分子水凝胶与羟基磷灰石复合构建可注射骨修复水凝胶是一种理想的方案,但目前研究及临床应用中,尚缺乏性能优异的可注射骨修复水凝胶。本文旨在研究一种性能优异的新型可注射骨修复水凝胶。方法本论文以生物相容性良好的氧化海藻酸钠(oxidized sodium alginate,OSA)、明胶(gelatin,Gel)、聚多巴胺(polydopamine,PDA)、羟基磷灰石(hydroxyapatite,HA)为主体成分,拟在温和的反应条件下制备一种可注射的骨修复水凝胶:首先,用多巴胺(dopamine,DA)修饰HA纳米颗粒,DA在聚合的过程中可在HA纳米颗粒表面形成PDA层,从而形成PDA修饰的HA纳米颗粒(polydopamine-decorated nano-hydroxyapatite,PHA),再将其引入到氧化海藻酸钠和明胶的席夫碱反应(Schiff base reaction)体系当中。随后,通过筛选、优化PHA的浓度范围来研究其可注射性,使其适用于临床操作,并研究不同水凝胶的形貌、力学、溶胀、降解和缓释性能等,以求满足临床的需要。其次,通过将骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cells,BMSCs)与不同组分、浓度的水凝胶进行共培养,研究BMSCs在水凝胶表面的粘附、增殖和分化行为,以考察OSA-Gel-PHA水凝胶的细胞毒性以及促进成骨分化的能力;通过建立动物体内骨缺损模型,并将这种水凝胶注射到骨缺损处并修复12周来考察水凝胶的骨修复能力。结果通过以上研究,我们得到以下结果:1、试管倒置实验及流变学测试的研究结果表明,在优化的PHA浓度范围内,水凝胶的凝胶时间适用于临床的操作。2、扫描电镜观察、压缩测试、流变学测试、溶胀率测试以及降解速率测试的研究结果表明,PHA的加入不仅使水凝胶的形貌由孔状变为层状,还提高了水凝胶的压缩强度、韧性、弹性模量、储能模量,并且降低了水凝胶的溶胀性能和降解速率,使其更有利于临床操作。3、装载并缓释BMP-2实验的研究结果表明,PHA的加入能明显缓释BMP-2,不仅避免了BMP-2突释的毒性,还能持续促进骨缺损的修复。4、激光共聚焦检测、MTT实验以及碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)检测的研究结果表明,PHA的加入不仅无细胞毒性,还能促进BMSCs的粘附、增殖和成骨分化,并且在PHA允许的范围之内,其浓度越高,水凝胶促细胞粘附、增殖和成骨分化的效果越好。5、体内动物实验的研究结果表明,PHA的加入赋予了水凝胶良好的骨修复性能,并且在PHA允许的范围之内,其浓度越高,水凝胶的骨修复性能越好,骨的成熟度也越高。结论1、OSA-Gel-PHA水凝胶的可注射性能和材料学性能达到临床应用要求。通过筛选,10wt%和15wt%PHA水凝胶的凝胶时间适用于临床的操作。所制得的水凝胶在力学、溶胀以及降解性能上都有所提高,还能缓释BMP-2生长因子,适用于临床。2、OSA-Gel-PHA水凝胶能明显促进BMSCs的粘附、增殖和分化以及骨组织的修复和成熟。在体外细胞实验和体内动物实验中,PHA的加入无细胞毒性,并且在其允许的范围之内,其浓度越高,促细胞粘附、增殖和分化的效果越好,促骨组织修复和成熟的效果也越好。