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好消息,骨质疏松症患者的福音来啦! --CT助力研究骨质疏松椎体压缩性

发布时间:2020-06-24 阅读次数:70次

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随着全球人口的老龄化,骨质疏松症的发病率正在增加。骨质疏松症是一种具有骨质减少和骨质流失的全身性多因素疾病,可损害骨骼的微结构并增加骨脆性,使之易受全身性骨折和骨病的侵害,而骨质疏松椎体压缩性骨折是其最常见的骨折。聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)骨水泥是增强/稳定骨质疏松性椎体压缩骨折(OVCFs)最常用的生物材料之一,如经皮椎体成形术(PVP)和球囊后凸成形术(BKP)。但由于其压缩模量高、与骨结合弱等缺点,限制了其临床应用。

 

 骨质疏松椎体压缩性骨质修复新材料

 有了重大进展

 

现在,针对骨质疏松椎体压缩性骨折的修复新材料研究有了重大进展。清华大学材料学院王秀梅教授、浙江大学医学院附属邵逸夫医院方向前教授以及宁波大学医学院附属医院蒋国强教授和岛津公司分析中心工程师黄军飞先生合作,利用岛津公司inspeXioSMX-225CT FPD HR设备研制了一种生物活性复合骨水泥(MC-PMMA),用于治疗骨质疏松性椎体压缩骨折。通过岛津CT不仅直观的观察出两种材料(PMMA和MC-PMMA)的物理特性无差异,并且使用CT彩色渲染三维图像的特殊方法分析使用了MC-PMMA骨水泥的骨头再生更为显著。这种彩色渲染方法在骨科材料研究中属于开创性的,并发表在国际著名期刊,THERANOSTICS刊上,影响因子8.063分,中科院分区1区。

 

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PMMA和MC-PMMA物理特性基本无异

 

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图1 PMMA 和MC-PMMA的孔隙率及CT值

 

图1通过岛津公司inspeXioSMX-225CT FPD HR扫描PMMA和MC-PMMA两种材料的孔隙率,发现基本上是一致的,差别不大,说明MC(矿化胶原蛋白)的加入,使材料本身的孔隙率发生改变;再分析这两种材料的CT值,差别也不大,说明MC(矿化胶原蛋白)的加入,对于材料本身的结构特性没有发生改变。因此从材料的物理特性上来说,两种材料基本无异,可相互替代。

 

MC-PMMA明显有助于骨骼吸收和生长

 

X射线显微CT图像显示两组标本均牢固地结合在宿主骨上,没有明显的缝隙。显微CT三维渲染显示了缺损和骨水泥的位置。在图2A中,骨水泥具有高的CT值,以红色和黄色表示,而骨头为黑色。随着骨水泥被骨头取代,颜色逐渐变为绿色、蓝色,最后变为黑色,表明CT值逐渐降低。两组标本在第4周时的骨水泥的CT值和骨头体积都相似。在第8周时,MC-PMMA组的CT值下降,而PMMA组几乎和以前相同。在第12周时,MC-PMMA组中的CT值和骨头相似的区域比以前更多,而PMMA组的CT值始终保持不变。

 

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图2

 

骨水泥的界面外观和CT值的差异表明,MC-PMMA组比PMMA组有更多的物质被吸收和有利骨骼生长。椎体三维图像显示,在术后4、8和12周,MC-PMMA骨水泥组的骨形成比PMMA骨水泥组更多(图2B-E)。在术后4周,与PMMA对照组相比(BV/ TV,12.67±1.84%,Tb.N,0.71土0.12mm,n = 6),MC-PMMA组有骨体积百分比较高(BV / TV,24.24±3.27%,P= 0.001,n = 6),骨小梁厚度较高(Tb.N,0.93±0.21mm,P = 0.001,n = 6)。两组样本之间的小梁厚度(Tb.Th,0.14士0.02mm,Tb.Th,0.15±0.02 mm,P = 0.599,n = 6)或小梁间距(Tb.Sp,0.76±0.11 mm,Tb.Sp,0.78±0.14mm-1,P = 0.683,n = 6)无明显差异。术后8周和12周,小梁厚度明显更高(Tb.Th,0.17±0.01 mm,0.23±0.03 mm,P= 0.001,n = 6),骨体积百分比更高(BV / TV,34.89) ±4.06%,37.33±1.65%,P = 0.001,n = 6),骨小梁数比较高(Tb.N,1.57±0.11mm,2.12±0.09 mm,P = 0.001,n = 6),与PMMA组相比,MC-PMMA组的骨小梁间距较小(Tb.Sp,0.41±0.02 mm,0.30±0.01mm,P = 0.007,n = 6), MC-PMMA组的骨骼随着时间增长。

 

岛津CT产品是您的科研好助手

 

通过使用岛津公司inspeXioSMX-225CT FPD HR扫描分析,结果显示:

在PMMA骨水泥的应用价值方面,MC-PMMA骨水泥的处理性能无显著差异。然而,抗压强度和抗压模量均显著降低。在兔模型研究中,术后8周和12周,MC-PMMA骨水泥的骨再生更为显著(皮质骨厚度、成骨细胞面积、新骨面积和骨内生长百分比均显著升高)。MC-PMMA骨水泥表现出良好的适应性力学性能和生物相容性,在临床上可用于替代商业PMMA骨水泥治疗骨质疏松性椎体骨折。

 

岛津公司inspeXioSMX-225CT FPD HR相比其他工业及医疗CT,不仅扫描速度快(最快43秒得到CT图像),而且图像清晰(CT图像最大可分辨4微米),适合科研机构筛查处理大批量的样品。通过多种后处理软件,精确的展示出感兴趣区域及分析统计数据,为科研人员节省宝贵的时间和提供详实的图片资料。

 

 

参考文献

Zhu J, Yang S, Cai K, Wang S, Qiu Z, Huang J, Jiang G, Wang X, Fang X. Bioactive poly (methyl methacrylate) bone cement for the treatment of osteoporotic vertebral compression fractures. Theranostics 2020; 10(14):6544-6560.doi:10.7150/thno.44428.

 

 

撰稿人:黄军飞