西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院(西安 710061)

劉 娟 劉彥寧

磷酸鈣骨水泥(Calcium phosphate cement,CPC)作為一種新型自固化人工骨替代材料的研究正在進(jìn)行,磷酸鈣骨水泥作為藥物包括抗生素,成骨因子,腫瘤藥物的載體治療伴隨疾病的研究日益受到重視。然而在磷酸鈣骨水泥中引入藥物這一類(lèi)外加制劑的研究結(jié)果表明,載藥骨水泥因加入的藥物種類(lèi),劑量不同對(duì)磷酸鈣骨水泥的理化性能影響不同[1,2]。

順鉑是一類(lèi)廣譜抗腫瘤藥物,對(duì)很多種類(lèi)腫瘤起到確切的治療作用,以 CPC為載體復(fù)合順鉑制備的局部植入劑可延長(zhǎng)其抗腫瘤的作用,可滿足對(duì)多種敏感實(shí)體瘤的治療。但我們知道CPC是一種強(qiáng)度介于松質(zhì)骨和皮質(zhì)骨之間的一種骨替代材料,而 CPC中加入順鉑是否影響其理化性能從而影響其應(yīng)用。

材料和方法

1 材 料 CPC購(gòu)自上海瑞邦生物材料有限公司,順鉑購(gòu)自齊魯制藥有限公司,電子天平為上海精密儀器科學(xué)研究所生產(chǎn),力學(xué)測(cè)定儀為美國(guó) BIO-MAX公司 MTS858,掃描電鏡為JSM-840型。恒溫箱則由西安交通大學(xué)生物與遺傳實(shí)驗(yàn)室提供,針戮計(jì)為自制。

2 方 法

2.1 CPC/cisplatin復(fù)合體的制備:將順鉑與磷酸鈣骨水泥固相粉末分別按照質(zhì)量比為0%,0.05%,0.1%,0.2%,0.4%的比例進(jìn)行混合并充分混勻,按固液比例1g∶0.3ml的比例加入固化液,三者在室溫下調(diào)和成糊狀后推入直徑 4.5mm,高度 10mm的預(yù)制模具中,分別制成上述質(zhì)量比的數(shù)個(gè)直徑 4.5mm,高度10mm的圓柱體,而后置入37℃,濕度 100%的培養(yǎng)箱內(nèi)繼續(xù)固化48h后取出,將兩斷端平行并打磨光滑。同樣方法制備無(wú)藥物磷酸鈣骨水泥圓柱體使之直徑為4.5mm,高度為10mm。每試樣包含順鉑量為0mg,0.125mg,0.25mg,0.5mg,1mg。

2.2 CPC/cisplatin復(fù)合體固化時(shí)間的測(cè)定:稱(chēng)取 CPC和順鉑共計(jì) 1g,順鉑與磷酸鈣骨水泥質(zhì)量比分別為0%,0.05%,0.1%,0.2%,0.4%,按固 /液比率為1g∶0.3ml的比例加入固化液,在清潔干燥的中央呈凹形的塑料板上用硬質(zhì)塑料調(diào)拌刀充分調(diào)拌均勻,環(huán)境溫度控制在 23±1℃左右,調(diào)和時(shí)間 60～90s,將調(diào)和物呈膏狀體時(shí)填充入直徑 4.5mm,高度10mm的預(yù)制模具中,調(diào)和物填充至水準(zhǔn)面。從調(diào)和結(jié)束后第1min把模板放入37℃,相對(duì)濕度大于90%的恒溫箱中,箱內(nèi)放置一臺(tái)壓頭直徑為1mm,壓頭重量為400G的針戮計(jì)。每隔30s小心地把壓頭垂直降落到調(diào)和物表面,停留5s,直至表面不能觀察到圓形壓痕。從調(diào)和結(jié)束至調(diào)和物表面無(wú)圓形壓痕的這段時(shí)間定為凝固時(shí)間,每組測(cè)3個(gè)試樣。

2.3 CPC/cisplatin復(fù)合體抗壓縮強(qiáng)度的測(cè)定:取3個(gè)試樣,將試樣上下兩端打平,游標(biāo)卡尺精確測(cè)量每一樣本的直徑和高度,將其置于實(shí)驗(yàn)機(jī)平臺(tái)上并使其剛好接觸實(shí)驗(yàn)機(jī)上下平臺(tái),而后施加荷載速度為1mm/min直至出現(xiàn)裂痕,記錄極限力量數(shù)值,根據(jù)下面公式計(jì)算壓縮強(qiáng)度:C=P/S=(4P)/(л×D2)=P/15.89625(MPa)。在此公式中 C為最大壓縮強(qiáng)度(MPa),P為最大有效破壞負(fù)荷(N),S為受壓縮面積(mm2),D為模塊直徑(mm)。對(duì)上述試樣碎裂塊留置以用于掃描電鏡觀察。

2.4 CPC/cisplatin復(fù)合體掃描電鏡觀察分別取各組碎裂樣本,粘接在樣本板上,真空干燥后,樣本表面噴金處理使其具有良好導(dǎo)電性,而后用掃描電鏡觀察各組樣本的顯微結(jié)構(gòu)并直接測(cè)量其孔徑大小。

2.5 CPC/cisplatin復(fù)合體孔隙率測(cè)定根據(jù)排水(乙醇)法[3]來(lái)測(cè)量樣品中的孔隙率。

附表 CPC/cisplatin復(fù)合體抗壓縮強(qiáng)度、孔隙率、固化時(shí)間測(cè)定

附圖 CPC/cisplatin復(fù)合體包含不同比例順鉑時(shí)掃描電鏡圖(×2000)

結(jié) 果

1 CPC/cisplatin復(fù)合體科抗壓強(qiáng)度、固化時(shí)間測(cè)定結(jié)果,見(jiàn)附表。從表中可以看出 CPC載入的藥物量的比例由 0提高到0.2%時(shí),其平均壓縮強(qiáng)度不因所載入藥物量的增加而有所降低,反而有所提高,當(dāng)載入量達(dá) 0.4%時(shí),其平均壓縮強(qiáng)度有所下降,孔隙率則由最初的42.8%增加到44.5%,固化時(shí)間則由8.8 min左右提高到9.5min左右。

2 CPC/cisplatin復(fù)合體掃描電鏡觀察,見(jiàn)附圖。從掃描電鏡圖可以看出,沒(méi)有復(fù)合有順鉑的CPC復(fù)合體為一均勻松針樣排列,斷面粗糙,有許多不同直徑大小的不規(guī)則縫隙存在,孔徑約在2～20μm之間,而復(fù)合有順鉑的CPC復(fù)合體基本晶體結(jié)構(gòu)沒(méi)有改變,呈棒狀或塊狀不規(guī)則排列,同樣具有不規(guī)則縫隙相互連通,孔徑約在2～20μm之間,而且從圖中可以看出 CPC不因所復(fù)合藥物量的增加其顯微結(jié)構(gòu)有明顯變化。

討 論

CPC作為一種理想的骨修復(fù)材料在臨床上已有報(bào)道,但其作為抗腫瘤藥物的植入材料的研究雖有報(bào)道,主要還是集中于CPC作為抗腫瘤藥物的緩釋作用、規(guī)律的研究[4,5],而對(duì)其強(qiáng)度方面的研究少有報(bào)道。

CPC與順鉑復(fù)合比例比較低時(shí)復(fù)合體強(qiáng)度改變不明顯(P＞0.05),認(rèn)為一方面是與其所復(fù)合藥物量少有關(guān)外,另一方面可能是順鉑填充于CPC屬于物理填充,不影響 CPC晶體的形成從而不夠成對(duì)其強(qiáng)度有所影響。通常認(rèn)為影響CPC強(qiáng)度的因素很多,其中藥物的載入是影響因素之一,Otsuka對(duì)此研究很多[6～8],認(rèn)為CPC中加入藥物可影響其強(qiáng)度,但這種改變不影響其行使正常的功能。本研究中加入的順鉑量還沒(méi)有對(duì)CPC的強(qiáng)度構(gòu)成明顯影響。

順鉑載入CPC中同樣對(duì)其中的孔徑、孔隙構(gòu)成影響,而孔徑、孔隙的多少又直接影響 CPC的骨傳導(dǎo)活性?？讖竭^(guò)小不利于骨組織的長(zhǎng)入,成骨細(xì)胞生長(zhǎng)所需最低孔徑為70μm[9],最佳孔徑為200～400μm[10]。本研究中伴隨 CPC載入順鉑量比例的增加,孔徑在 5-20μm之間,顯然這樣的孔徑不足以容納骨細(xì)胞的直接長(zhǎng)入,只有通過(guò)外周材料的降解新骨才不斷長(zhǎng)入。但事實(shí)上由于順鉑作為一類(lèi)化療藥物當(dāng)其以CPC作為載體而在局部緩釋時(shí)在殺死腫瘤細(xì)胞同時(shí)對(duì)正常的骨組織亦有損傷,此時(shí)孔徑的大小相對(duì)于順鉑而言作用有限,有關(guān)這一方面的研究將在以后的章節(jié)中討論。

固化時(shí)間是影響臨床應(yīng)用的一個(gè)重要因素,從骨水泥的固化時(shí)間上考慮,不但避免了固化時(shí)間短造成的水泥調(diào)和的困難,也節(jié)省了固化時(shí)間長(zhǎng)所造成的手術(shù)時(shí)間的浪費(fèi)。通常而言,當(dāng)藥物的量在一定的范圍之內(nèi)時(shí),加有藥物的CPC的固化時(shí)間通常不受影響,大約在5～20min之間。研究表明,承載的大部分藥物在一定濃度內(nèi)可滿足局部用藥的需要并不明顯影響CPC的凝結(jié)時(shí)間。藥物復(fù)合入CPC的機(jī)制有物理填充、化學(xué)反應(yīng)和物理化學(xué)作用,其作用機(jī)理是由該藥物的物理化學(xué)性質(zhì)所決定的。在本組實(shí)驗(yàn)中我們所加順鉑占 CPC總體量不是很大,其填充入CPC應(yīng)屬物理填充,此外在我們所研究的藥量范圍內(nèi)復(fù)合體的固化時(shí)間不因所加藥物量的不同而有所差別(P＞0.05),從而認(rèn)為本實(shí)驗(yàn)中加入的順鉑量沒(méi)有明顯影響 CPC的固化時(shí)間,從而認(rèn)為可滿足臨床的需要

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