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不同厚度的胶原生物膜对骨缺损修复的动物实验研究

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口腔医学研究2009年10月第25卷第5期 551 不同厚度的胶原生物膜对骨缺损修复的动物实验研究  马征 孙勇。(1.泸州医学院附属医院口腔颌面外科2.成都军区机关医院口腔科) 四J 泸州646000;[摘要] 目的:通过观测两种不同厚度的脱细胞基质胶原膜在兔颅骨骨缺损再生修复中引导骨组织再生的能力和 特点,为两种厚度的生物胶原膜的临床应用提供相关实验依据。方法:对兔颅骨骨缺损采用A型和c型脱细胞基 质胶原膜覆盖通过X线检查、骨组织切片苏木静一伊红染色和Masson三色染色图像分析观察骨缺损区不同实验 程期(4、8、12周)的组织修复状况。结果:两种不同厚度的脱细胞基质胶原膜在兔颅骨的骨缺损修复中,具有良好 的生物相容性,有良好的引导骨组织再生性和操作性。结论:两种不同厚度的脱细胞基质胶原膜均可起到屏障纤 维结缔组织,引导新骨再生,完全修复骨缺损的作用;两种不同厚度的脱细胞基质胶原膜引导骨组织再生,修复骨 缺损的作用经过动物试验观察无明显差异。 [关键词]胶原膜骨缺损引导骨组织再生 [文献标识码】A [文章编号] 1671—7651(2009)05—055l—o4 [中图分类号】 R783.6 Application of Two Diferent Thickness of Collagen Membranes in the Treatment of Calvarial De ̄cts in Rabbits. MA zkng,Sun Yong.Department of Oral and Maxillfacioal Surgery,the Afifliated Hosphal to Luzhou Medwal College, Luzhou 646000 [Abstract] Objective:To investigate the biocompatibility of two types of guide bone regeneration collagen membranes, as welt as their roles played in bone repair.Methods:The animal model was established by creating the bone defects on the rabbit calvafium.By employing untreated blnk group as control,the bone de ̄cta aligned in either side of the calvafium was covered by either type A membrane or type C membrane.The status of bone repair was observed 4,8 and 12 weeks post operation y naked ebyes as well as X—ray.Tissue repair guided by the two membrnesa surrounding bone defects was studied and evalumed by using the image analysis of the HE and Masson ̄trichrome stainirig on the bone tissue slices.Re- suits:Both collgen membranes,as evaalu ̄ed in their capacity of bone repair,achieved good effects of guided bone regen— eration,biocompatibility,and the ease to use.Conclusion:Both different thickness of collagen membranes both Can guide new bone accumulation accumulate,which completely covered the bone defects.Both membranes have almost the same effect of guided bone regeneration. [Key words] Collgen membraane The calvarila defect Guide bone regeneraion 种植义齿作为一种舒适、美观、功能好的缺牙修 植术后骨缺损的问题,使用屏障膜是GBR技术中的 重要环节。本试验通过在GBR手术的动物试验中 应用两种不同厚度的海奥胶原膜,以获得相关数据 复方式现在被越来越多的患者接受,然而由于牙周 炎、外伤、牙早失、缺牙后不良修复等原因导致牙槽 骨严重吸收,出现牙槽嵴过低过窄,局部组织缺损, 种植体植入时因骨量不足而影响种植体界面骨整合 和功能恢复,了种植手术的适应症范围,甚至导 致种植治疗的失败。引导骨组织再生术(guided bone regeneration,GBR)的出现促进种植体周围骨缺 损的修复及增加新骨的形成,扩大了种植义齿的适 资料,为两种厚度生物胶原膜的临床应用提供相关 实验依据。 1材料与方法 1.1实验动物 成年新西兰兔、雄性、体重2.0~ 3.0 kg,共l8只,由泸州医学院实验动物科提供。 1.2实验材料和试剂 烟台正海生物技术有限公 应症范围,一定程度解决种植治疗中骨量不足和种 作者简介马征(1979一),男,四川眉山人,医师,硕士,主要从事口 司生产的海奥胶原膜(A型:厚度0.10~0.29 mm、C 型:厚度0.70~1.00 mm),苏木精一伊红染色和 Masson三色染色所需试剂 1.3 主要实验仪器环形取骨刀(韩国)、技工打 腔种植义齿的基础和临床研究工作。 通讯作者孙勇,电话:138O8o08089 552Joumal0fOralScienceResearch0ct2009V01.25No5图1A型膜组4周(左侧洞形骨图2一形骨缺损区)*漕空白对照组8周(左侧洞图3C型膜组12周图4空白对照组4×周(苏木精100缺损区)Fig伊红染色Thecon)4wee1TypeweeAmembmnegroup4Fjg2T}leco玎tmlgroup8eeksFig3TypeeeCmembraegroupl2Fig-4trolgmupkskspostsurgeryp08tsu唱erykspostsurgeryp08tsurgery图5C型膜组4TypeCu周(苏木精me伊红染色u×100ts)图6FigA型膜组8周(苏木精TypeAumem伊红染色wee×100ts-)Fig图77A型膜组mem4周(Maanesso×wee100)F培5mbrane吣目p4weekspos6br.dnegfoup4k。posTypeAubgroup4ksposts唱ery唱0ry唱ery磨机(韩国)切片机(1eica德国)显微镜:(Leica中点垂直平分线设计约4cm纵形切口切开头顶皮肤长DM4000B德国)常规染色工具图像分析软件IM暴露皮下结缔组织及肌层止血再切开肌AGEPROPLus47060基\5sPSS110统计分析软件层及骨膜层至顶骨骨面用小骨膜剥离器仔细剥离骨膜暴露额骨及双侧顶骨用量具圆规确定6mm直径的骨缺损位置在生理盐水冲洗降温下用直机50环形中空取骨刀沿标记点切取缺损为直径6mm穿丑求40忸聚陋30I-网A通颅骨型在保证硬脑膜完整的前提下沿切口从前襄。。1004l旦里型l周图88周12I向后造成三个直径6mm全层骨缺损缺损区边缘间距为覆盖A35mm前方圆形骨缺损区采用在骨膜面8m型长宽为m×8mm海奥胶原膜保留硬脑膜面与海奥胶原膜双层膜之间的血凝块;后方圆周形骨缺损区采用在骨膜面覆盖mmC型长宽为8mm×8各组新生骨量随时间变化图1ume0海奥胶原膜保留硬脑膜面与海奥胶原膜双层FIg.8The0fnewboneieachg∞upoeti膜之间的血凝块不做任何处理中间空白对照的圆形骨缺损区术区骨膜对位缝合分层缝合皮下U214实验方法组织和皮肤术后肌注庆大霉素4万次/d共141实验设计和分组按术后4812周三个时3d预防感染整个实验程期中均未出现感染或间点分为3组每组只在兔颅顶骨建立洞型骨缺死亡14损模型分别于术后812周处死取材¨12。3x线观察4兔颅顶骨骨缺损区采用生物胶142兔颅顶骨洞型骨缺损和GBR手术修复10m原膜修补后分别于812周3个实验程期处死取模型的建立50L的g/5g/蚝右耳缘材后采用相同投照角度距离剂量曝光时间对兔静脉注射麻醉行全身麻醉后固定四肢于手术台在头顶两眼球连线之间前后各3cm颅顶骨标本进行数码小形状及骨密度变化14x线检查观察分析缺损区大Masso范围备皮碘伏擦拭消毒铺手术巾和洞巾在术区沿两眼球连线4常规苏木精伊红染色和n三色染色口腔医学研究2009年10月第25卷第5期 553 1.4.5 图像分析Masson三色染色评价骨质的成 术中的效果 熟程度,新生骨质红染少,成熟骨内红染多,即骨质 本实验采用的海奥口腔修复膜为异种脱细胞真 皮基质,主要成分为胶原蛋白,是采用生物工程学技 越成熟,红染越多。骨损伤后早期红染区域较少,骨 细胞及成骨细胞周围的绿色着染区域较大,随着修 术,将哺乳动物的皮肤组织经一系列处理后去除了 可诱发宿主免疫排斥反应的细胞成分,而保留了细 胞外基质一真皮支架和基底膜。膜为无菌白色或略 带黄色,无刺激性气味的片状膜,有一定抗拉强度, 可以进行缝合。膜质地致密,呈双层结构,一面光 滑,另一面粗糙多孔。海奥膜完整保留了细胞外基 复时间的延长,见骨组织红染区域面积占测量区面 积的百分数逐渐增大,表明成熟骨组织在逐渐增多, 这与其它指标的结果一致,采用图像分析软件IM— AGEPRO PLUS 4.5进行新骨半定量分析,随机选取 每组每时间点切片3张,每张切片随机选取3个 100倍视野,记录结果,在统计软件SPSS 11.0中进 行组间两两比较和配伍组方差分析。 2结果 2.1 X线观察结果,见图1一图3。 2.2常规苏木精一伊红染色结果,见图4~图6。 2.3 Masson三色染色图像分析与统计描述Mas— son三色染色后对骨缺损区随机采集3个100视野 的图像,用ImagePro 4.5图像分析软件对新骨进行 图像分析,计算新骨面积百分数代表其新生骨量。 根据图像分析所得数据,计算各组各时间点新骨面 积百分数,以均数±标准差表示。如图绘制各组新 骨面积百分数随时间变化视图,A型膜组和C型膜 组新生骨量随时间增加而有明显的上升,而空白组 在术后新骨量没有明显改变,见图8。 表1 各时间点各组新生骨量 Table 1 In each group at each time point the volume of new bone %. ±s 按时间和材料不同分别比较统计结果见表1。 统计分析结果表明:各时间点,A型膜和C型膜组 新骨量明显多于对照组(P<0.05)。而A型膜和C 型膜组形成的新骨量差别无统计学意义。 3讨论 引导骨再生的材料中,胶原膜因其具有良好的 生物相容性较好的机械屏障作用和空间保护作 用 。本研究通过对兔颅顶骨洞型骨缺损的修 复,探讨了不同厚度的胶原生物膜胶原膜在GBR技 质的三维空间结构,具有疏松的孔径,可引导细胞长 人,促进血管化和上皮形成,有利于组织再生和创伤 修复。 硬脑膜是一厚而坚韧的双层膜。外层是颅骨内 面的骨膜,仅疏松地附于颅盖,硬脑膜内层较外层厚 而坚韧,可以起到骨缺损内侧面屏障膜的作用。硬 脑膜在本实验中予以保留,可以发挥其组织生物学 特性,同时又可以降低手术难度,缩短手术时间,提 高动物存活率。 3.1 胶原膜的屏障作用 Aubin 认为,由骨断端 向延伸的骨形成速度必须快于周围软组织的生 长,才能保证骨缺损的再生修复。本实验发现细胞 海奥胶原膜早期骨缺损区周围的成纤维增生活跃, 被胶原膜阻挡在缺损外。而空白对照组由于没有胶 原膜的覆盖,骨缺损区很快为纤维组织所充填。海 奥胶原膜阻挡了纤维组织的长人为骨系细胞的增值 提供可吸附纤维蛋白网状结构空间,间接促进骨系 细胞的分化和增值,同时引导骨外膜生长,发挥桥梁 作用 J。术后早期发现海奥胶原膜外形成一层骨 膜样组织,沿胶原膜向缺损延伸,使新生骨Jl ̄,N 向缺损推进。研究证明 9 由于胶原膜的遮挡 作用,可以保证骨断端及缺损内的骨生长因子浓度 水平,对骨组织的增生和分化起着十分重要的作用。 3.2膜的结构对骨缺损修复的影响 Ruoslahtilto] 指出缺损区表面吸附的蛋白质性质将影响凝血反 应、补体激活、细胞的粘附及材料的表面性能与降解 性。海奥胶原膜为双层结构,骨缺损面与粗糙多孔 的表面接触,加强了缺损区血凝块的固定和边缘骨 面的粘附,而粘膜面则与光滑面接触,有利于软组织 在其上的快速爬行愈合。海奥口腔修复膜为异种脱 细胞真皮基质,保留了原有的上皮结构,较粗糙的一 面贴附于缺损侧,相对致密面与粘膜相邻,保证了新 生骨组织的长入… 。 3.3胶原膜的降解速度对骨缺损愈合的影响在 伤口愈合的早期,屏障膜必须保持其结构上的完整 554 Journal of Oral Science Research,Oct.2009,Vo1.25,No.5 性,降解率与局部伤口的愈合情况相适应_1 。GBR 治疗要求生物膜结构的完整性应在6周以上,以保 证骨细胞分化、增值及上皮细胞成熟¨ 。在两种厚 度的胶原膜的观察中,两种胶原膜在8周时均保持 了较为完整的结构,12周缺损区新骨已经出现部分 改建时C型膜才出现吸收变薄,而A型膜开始部分 降解,符合GBR治疗对生物膜的要求¨ 。 3.4膜的厚度对骨缺损修复的影响 较厚的C型 bioresorbable materils[J].Clian Orla Impl Res,2001,12(1): 9—18 [6]龚飞飞,周东生,李容新,等.天机活性元素组织工程支架重 建修复山羊颌骨缺损的扫描电镜观察[J].口腔医学研究, 2008,24(1):12—14 [7] Aubin JE,trifitft JY.Mesenchymal stem cells and osteoblast dif- ferentiation[J].Principles Bone boil,2002,l(1):59—81 [8] Curtis A,Riehle M.Tissue engineering:the biophysical back- round[J].Physg Med Biol,2001,46(1):R47—65 胶原膜置于口腔粘膜下做屏障膜时对软组织的张力 较大,不利于创口的愈合。而膜越厚体积越大,其所 [9]Takeuchi Y,Nakayama K,Matsunoto T.Diferentiation and cell surface expression of transforming growth factor—b receptors are regulated by interaction with matix colrlange in murine osteoblas- 含组织量越多,其降解时间可能越长,降解产物多, 免疫反应可能越大,不利于伤口愈合。 参考文献 [1]John PS,Teffery OH.The Critical Size Defect as an Experimen- tla Model for Craniomandibulofacial Nonunions[J].Clinical orv. 1opaed!cs and Related Research,1986,205(1):299—308 [2] 陈刚、赵士杰.用于评价骨修复材料的临界性骨缺损[J].国 外医学口腔医学分册,2001,3(28):71—73 tic cells[J].J boil Chem,1966,27(1):3938—3944 [10] Ruoslahti E,Pierschbacher MD.New 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