甲状旁腺激素局部脉冲缓释体系的构建及其促进兔颌骨骨折愈合的研究

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目的:探索构建一种新型的可局部脉冲释放甲状旁腺激素(Parathyroid hormone,PTH)的释药体系及其局部应用促进颌骨骨折愈合的可行性。方法:1、PTH局部脉冲式缓释体系的构建及相关性能检测(1)羧甲基壳聚糖(Carboxymethyl Chitosan,CMCS)、聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol,PVA)按体积比分别为100%CMCS(CMCS)、70%CMCS/30%PVA(7C3P)、50%CMCS/50%PVA(5C5P)、30%CMCS/70%PVA(3C7P)共混,采用流延成膜法构建单层膜片,观察单层膜的形貌及表征分析,并进行亲水性、体外降解率及溶胀度检测。(2)构建缓释体系:采用CMCS/PVA膜作为控释层,海藻酸钠膜为PTH载药层,构建PTH局部释药体系。扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)观察其剖面微观形态,并检测体系体外降解率、p H值。将缓释体系植入大鼠背部皮下,在25天内,行大体观察及HE染色检测缓释体系的体内降解率及生物相容性。(3)根据上述检测结果,选择3C7P比例共混膜构建药物缓释体系并检测其体外体内释药节律。以胎牛血清(Bovine serum albumin,BSA)作为模拟药物,采用BCA试剂盒评估缓释体系BSA体外释药节律。构建PTH缓释体系,采用PTH ELISA试剂盒检测缓释体系释放PTH的释药节律。(4)将PTH缓释体系植入新西兰白兔下颌骨面,每日定点采血,采用全自动发光免疫分析仪检测血清PTH浓度,并与正常兔血清PTH浓度比较。2、PTH脉冲式缓释体系对MC3T3细胞的毒性及其促成骨分化能力研究(1)通过CCK8检测缓释体系浸提液对细胞的影响,评估缓释体系的细胞毒性。(2)将MC3T3细胞与缓释体系共培养,采用DAPI染色和鬼笔环肽染色检测缓释体系的生物相容性,及细胞黏附状况。(3)通过碱性磷酸酶染色及定量,茜素红染色及半定量,RT-q PCR检测成骨相关基因Runx2、Opn、Collagen 1(Col 1),评估缓释体系浸提液对MC3T3细胞成骨分化的影响。3、PTH脉冲式缓释体系对兔颌骨骨折愈合影响的研究(1)实验分组。将96只新西兰白兔随机分成四组:空白对照组(组1):微型钛板钛钉固定;阴性对照组(组2):空白局部缓释体系(不含PTH)+微型钛板钛钉固定;阳性对照组(组3):微型钛板钛钉固定骨折+隔日皮下注射20μg PTH;实验组(组4):PTH局部缓释体系+微型钛板钛钉固定。建立兔下颌骨骨折复位固定模型,分别于术后1、2、3、4周记录骨折愈合状况,并行标本处理做后续检测。(2)通过对骨折区大体观察、影像学检测、HE染色后对骨折区愈合状况半定量评分及病理学评分,评价各组骨折愈合状况。通过免疫组织化学和RTq PCR方法检测新生骨组织Runx2、Collagen 1(Col 1)、BMP-2、VEGF成骨因子的表达情况。结果1、PTH局部脉冲式缓释体系的构建及相关性能检测(1)CMCS/PVA共混膜的表征检测可见,共混膜中含有CMCS和PVA的特征键及元素。扫描电镜见,CMCS膜微观形态为较为平整的光滑膜,而CMCS/PVA共混膜微观形态为颗粒状,PVA含量越高其颗粒粒径越大,3C7P膜的粒径为10±1.21μm。(2)CMCS、7C3P、5C5P、3C7P共混膜溶胀及体外降解检测中,CMCS含量越高,溶胀越快,降解越快,其中3C7P共混膜24小时内降解约20%,3小时内溶胀度约为3。同时接触角结果显示,CMCS/PVA共混膜接触角小于单纯的CMCS膜或PVA膜,其中3C7P膜的接触角最小,为(33.19±1.65)°,亲水性最好。(3)检测构建的缓释体系浸提液的p H值,偏碱性。其中3C7P共混膜构建的缓释体系10天内p H值在7.4~7.9之间,最接近于生理性骨组织液p H值。(4)缓释体系体外体内降解速率趋势与单层膜一致。CMCS膜构建的体系降解最快,3C7P共混膜构建的体系降解最慢。同时体内降解过程中见多核巨细胞吞噬材料。(5)缓释体系体内生物相容性结果显示,未见植入区脓肿、伤口裂开、溢脓等排异反应。根据上述实验结果,选择3C7P比例的共混膜构建缓释体系,进行后续实验。(6)模型药物BSA缓释体系及PTH缓释体系的体外释药结果,均显示为脉冲性释放节律。同时对PTH缓释体系检测结果示,35天释放时间释放量约为整个体系的80%。(7)PTH缓释体系植入体内后,血清PTH值检测结果呈现脉冲性波动,同时平均血清PTH含量高于正常兔血清PTH。本部分实验结果示,构建的缓释体系体外体内研究中均呈现脉冲性释药节律,是一种可自我调节脉冲释放系统。2、PTH脉冲式缓释体系对MC3T3细胞的毒性及其促成骨分化能力研究(1)CCK-8检测结果提示,缓释体系浸提液对细胞无毒性。(2)脉冲式缓释体系与细胞共培养,肌丝蛋白充分伸展,细胞黏附于材料表面。(3)通过ALP,茜素红染色,RT-q PCR检测Runx2、OPN、Col 1评估成骨诱导结果,相比成骨诱导液(阴性对照组),PTH缓释体系浸提液成骨诱导的速度更快,效果更好,并与加入PTH的成骨诱导液(阳性对照组)效果相当。本部分结果显示,缓释体系具有较好的细胞黏附效果,其浸提液对细胞无毒性,同时PTH局部脉冲式缓释体系浸提液可促进MC3T3细胞成骨,呈现与单纯PTH作用同样的效果。3、PTH脉冲式缓释体系对兔颌骨骨折愈合影响的研究(1)通过对骨折区大体观察、影像学检测、HE染色后对骨折区愈合状况半定量评分及病理学评分,评价各组骨折愈合状况。结果显示,PTH局部脉冲式缓释体系组骨折愈合速度加快,与全身注射PTH骨折愈合效果相当。(2)通过免疫组织化学和RT-q PCR方法检测新生骨组织Runx2、CollagenΙ(ColΙ)、BMP-2、VEGF成骨因子的表达情况,PTH局部脉冲式缓释体系组与全身注射PTH组各成骨因子表达趋势一致,有促进成骨的效果。结论:(1)3C7P共混膜构建的PTH脉冲性局部释药系统具有较好的生物相容性,并可达到体内体外脉冲性释放PTH的效果。(2)该PTH脉冲性局部释药系统可与MC3T3共培养,有较好的细胞黏附效果,并促进细胞成骨分化。(3)PTH局部脉冲式缓释体系可促进兔颌骨骨折的愈合,达到与全身注射PTH同样的效果。综上,本实验构建了一种新型PTH脉冲缓释剂型,改变常规PTH皮下注射给予方式;局部应用后可减少PTH剂量,提高局部组织对PTH的生物利用度;同时对加速骨折愈合,促进患者尽早康复具有重要的应用基础研究价值和社会效益,可为在口腔颌面创伤救治领域转化应用提供理论和实验依据。
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