背景:近年来,随着社会发展水平的提高,民众的口腔健康意识逐渐觉醒,“种植牙”作为缺失牙修复的主要治疗手段和发展方向,已经显现出独特的技术优势和可靠的治疗效果,临床上呈现出爆发式增长的趋势,对整个口腔医疗和健康产业产生了深远的影响。然而,因先天发育不良、外伤、肿瘤、炎症等导致的颌骨萎缩和缺损,特别是牙槽骨在垂直方向上的骨缺损,治疗难度大且成骨效果不确定,是目前口腔种植临床实践中亟待解决的难题之一。Onlay植骨术(Onlay bone grafting),也称外置法植骨术,是目前口腔种植临床修复垂直向骨缺损的主要方法之一。采用自体骨块移植能取得相对确定的治疗效果,但伴发的术中及术后并发症较多,如疼痛、出血、肿胀、神经损伤、感觉异常等,导致患者接受程度不高,限制了其在临床中的广泛应用。因此,寻求合适的块状骨替代材料成为近年来骨替代材料研究的热点。由于人工合成材料生物污染和免疫不相容的风险明显低于同种异体骨块和异种骨块,且加工便利,能够大规模生产,甚至能个性化定制,理论上更适用于临床,使之成为潜在的块状骨替代材料解决方案。目前,最常见的研究策略是根据仿生矿化原理,将无机相材料按一定空间结构分散在有机基质中,制备高度仿生复合支架材料。纳米羟基磷灰石与骨组织无机成分接近,如通过设计使其有利于血管化,则可促进骨组织再生。I型胶原纤维是骨组织生物矿化的模板,是目前最常用的支架材料之一,然而纯胶原支架机械强度不足,常与生物陶瓷等联用以增强支架力学性能、尺寸稳定性以及骨传导性,提升成骨作用。羟基磷灰石和I型胶原蛋白经仿生矿化,能够高度模拟正常骨组织的组成成分及三维结构,满足细胞生长的基本要求,已有大量动物实验及临床研究证明该类材料具有良好成骨作用,其粉状、海绵状、块状材料已经应用于骨科、神经外科及颌面外科(如拔牙后位点保存)。然而,目前尚未有该类块状植骨材料在Onlay植骨术中应用的报道。目的:本研究根据仿生矿化原理制备两组不同孔隙率的纳米羟基磷灰石-I型胶原复合支架,并对支架材料性能进行检测。建立动物颅骨缺损及Onaly植骨模型,观察支架材料在不同时期骨缺损区影像学及组织学变化,评估成骨效果,分析其作为Onlay植骨材料应用的可能性,为支架材料进一步改良以应用于口腔临床提供参考借鉴。方法:(1)根据胶原纤维-羟基磷灰石自组装理论,应用原位合成法制备纳米羟基磷灰石-I型胶原复合支架。按照实验预先设计,分别制备孔隙率约60%的支架材料(以下简称A组)和孔隙率约40%的支架材料(以下简称B组)。对A、B两组复合支架进行性能检测,包括大体观察材料外形,扫描电镜分析表面形貌;测算支架材料密度、孔隙率;测定支架材料抗压强度;模拟体液吸收试验测定材料的液体吸收量。(2)在24只新西兰兔的颅骨上分别建立3处半层骨缺损模型,按设计分别植入A、B组纳米羟基磷灰石-I型胶原复合支架,余1处缺损作为空白对照。分别于植入后4周、8周、12周处死动物取样,通过大体观察、Micro-CT检测、HE染色及Masson染色行组织学检测,分析两组复合支架成骨性能及改变,评价其作为Onlay植骨材料的可行性。结果:(1)两组支架材料性能存在一定差异。电镜下两组支架材料均呈多孔立体结构,孔隙交通。A组表面散在分布(451±23)μm大孔和较均匀的(78±16)μm小孔,B组表面主要为(63±22)μm小孔。A组、B组支架材料密度分别为(0.402±0.005)g/cm~3、(0.748±0.013)g/cm~3;孔隙率分别为(58.4±4.7)%、(37.9±3.3)%;抗压强度分别为(2.01±0.10)MPa、(4.97±0.07)MPa;模拟体液吸收实验可见支架材料在模拟体液环境下无变形、变软、碎裂,空间维持能力良好。(2)A组支架材料4周组、8周组、12周组中分别有1例、1例、2例发生骨面上部分支架材料破碎,其余支架完整。B组支架材料结构完整。Micro-CT可见,随着时间推移,支架材料与骨组织结合更加紧密,A组支架效果优于B组;组织学检查可见随时间推移,支架材料逐渐降解,大量骨细胞迁移进入支架内部。对时间和材料分组进行两因素方差分析,A组、B组及空白组之间胶原纤维面积百分比存在显著差异(P<0.05),A组8周组胶原纤维面积百分比高于4周组,差异有统计学意义(P<0.05),B组8周组胶原纤维面积百分比也高于4周组,差异有统计学意义(P<0.05)。结论:(1)通过仿生矿化,可在一定范围内制备孔隙率、抗压强度可控的纳米羟基磷灰石-I型胶原复合支架,该支架材料具备一定的物理性能及空间维持能力;(2)本研究中两组纳米羟基磷灰石-I型胶原复合支架均具有一定的成骨能力,随着支架孔隙率升高,其成骨能力明显增强,但同时伴抗压强度的下降。动物实验表明,当支架材料的孔隙率达60%,抗压强度为2MPa时,除个别支架材料在生理压力下崩解外,其余支架均能较好地维持成骨空间,该支架基本能够满足Onlay植骨材料要求,具有一定的临床应用潜力。