鎳鈦合金在豚鼠聽泡的生物相容性觀察△

張媛媛 肖自安 李周 徐國富 黃伯云

醫(yī)用鎳鈦形狀記憶合金(nitinol, NiTi)是一種易處理、易保存、生物性能穩(wěn)定、生物相容性好的新型智能生物材料，利用其形狀記憶特性，可以制成特殊形狀的環(huán)抱器或固定裝置，便于手術(shù)安裝或操作[1]，該材料已在骨內(nèi)固定、血管和氣管支架等方面得到廣泛應(yīng)用[2]。2005年，Rajan等[3]首次報(bào)道NiTi應(yīng)用于聽力重建手術(shù)，Tenney等[4]利用鎳鈦合金的超彈性及熱塑形記憶效能，將鎳鈦?zhàn)允湛s人工鐙骨piston (Nitinol self-criming stapes piston)應(yīng)用于鐙骨切除術(shù)后聽力重建，術(shù)后患者聽力恢復(fù)良好，說明其聲傳導(dǎo)性能優(yōu)越。植入材料的生物相容性與植入部位的生理生物學(xué)特性相關(guān)，相同的合金在不同部位植入產(chǎn)生的離子變化和局部反應(yīng)不同，機(jī)體不同部位的內(nèi)環(huán)境對植入體產(chǎn)生的反應(yīng)也有不同。中耳腔與鎳鈦合金的生物相容性如何值得探討，為此，本研究將NiTi與純鈦(Ti)分別植入豚鼠聽泡，以探討鎳鈦合金在豚鼠聽泡的生物相容性特點(diǎn)。

1 材料與方法

1.1實(shí)驗(yàn)材料 NiTi(原子比：Ni 52%，Ti 48%)由中南大學(xué)材料學(xué)院李周教授提供，對照材料純鈦(Ti)購自寧波慈北醫(yī)療器械有限公司。植入前材料經(jīng)dH2O清洗15 min 3次，dH2O浸泡24 h，環(huán)氧乙烷消毒。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物為中南大學(xué)校實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供的健康、聽覺靈敏的純白紅目豚鼠50只，體重150～200克，SPF級飼養(yǎng)。

1.2方法 每只豚鼠一耳為實(shí)驗(yàn)組(50耳)，另一耳為對照組(對照組I、II各25耳)，實(shí)驗(yàn)組：豚鼠1%戊巴比妥鈉(40 mg/Kg)腹腔注射全身麻醉后，耳廓根部皮膚切口，打開聽泡，將NiTi用肌膜部分包裹后埋植于聽骨鏈處。對照組I：同法在聽泡埋植Ti。對照組II：打開聽泡不埋植材料。將實(shí)驗(yàn)過程中死亡和中耳感染的4只豚鼠剔除，補(bǔ)足50只進(jìn)入實(shí)驗(yàn)。術(shù)后肌肉射注青霉素，分別在術(shù)后7、14、28、56、112 d隨機(jī)處死含對照組I和對照組II的豚鼠各5只，打開雙側(cè)聽泡，觀察埋植物周圍有無炎性肉芽和埋植物表面的新生骨骼組織情況。Sirion200場發(fā)射掃描電鏡(FEI公司，美國)觀察材料表面新生組織，GENESIS 60S EDAX能譜儀(EDAX公司，美國)對新生組織的元素構(gòu)成進(jìn)行能譜分析。

2 結(jié)果

2.1聽泡及埋植材料解剖顯微鏡觀察 聽泡內(nèi)埋植材料NiTi及Ti的表面均有新生骨骼樣組織生長，這些組織有纖維狀物與聽泡壁及聽小骨相連，周圍未見明顯肉芽組織，但包裹埋植材料的筋膜由萎縮至完全消失；未植入材料組聽小骨表面無明顯改變，移植的筋膜也逐漸萎縮至完全消失。植入材料表面無腐蝕斑點(diǎn)，無明顯顏色變化(圖1)。

2.2Sirion200場發(fā)射掃描電鏡觀察 植入的NiTi及Ti表面均有新生組織形成，術(shù)后同一時(shí)間點(diǎn)的2種埋植材料表面的新生骨骼樣組織的生長方式和豐度基本相同，術(shù)后7 d表現(xiàn)為零星的點(diǎn)狀或條索狀，從14到56 d，新生組織逐漸增多交織成網(wǎng)狀，112 d時(shí)形成板狀(圖2、3)。

2.3GENESIS60S EDAX能譜分析 NiTi表面新生組織的元素構(gòu)成：碳(C)，氮(N)，氧(O)，磷(P)，鈣(Ca)，極微量的鈦(Ti)及鎳(Ni)；Ti表面新生組織的元素構(gòu)成：C、N、O、P、Ca及Ti；空白植入組聽骨的元素構(gòu)成為：C、N、O、P及Ca。這些新生組織的元素含量除含Ni 和/或Ti外，其余元素成分和百分比的數(shù)量均與骨骼組織基本相同，說明NiTi和Ti表面的新生組織是骨骼組織。

3 討論

理想的中耳聽骨贗復(fù)物必須具備以下特性：① 高度的生物相容性、可靠、安全無害、長期穩(wěn)定性、不被吸收，并發(fā)癥少，能提高贗復(fù)物與鼓膜移植后及殘存聽骨或鐙骨足板間的融合，有效提高聽力；② 移植技術(shù)容易掌握；③ 盡量低的并發(fā)癥發(fā)生率；④ 最大限度改善氣骨導(dǎo)差[5]。目前臨床常用的聽骨贗復(fù)物可分為：自體材料、異體材料及人工合成材料三種[6]。自體材料具有較好的生物相容性和聲導(dǎo)性，但自體聽骨常殘留微小病灶, 易致術(shù)后感染；自體軟骨柔軟易變形，術(shù)后易發(fā)生粘連；自體皮質(zhì)骨加工塑形困難。異體材料生物相容性好, 術(shù)前可雕刻成不同的形狀, 但貯存條件要求較高, 有傳播疾病的可能，倫理學(xué)的問題亦限制了其應(yīng)用。人工合成材料如多孔高分子聚乙烯的顯著優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)輕且多孔, 適合組織長入, 但有不穩(wěn)定性、易脫位。目前臨床上應(yīng)用于聽骨鏈重建最多的材料是羥基磷灰石和鈦，羥基磷灰石生物相容性和組織親合性好，質(zhì)地硬，能很好地傳遞振動(dòng)能量，但是質(zhì)量大，易碎，手術(shù)時(shí)修剪困難，且易脫位；鈦質(zhì)人工聽骨有生物相容性和組織親合性佳、耐久性好、 重量輕、可塑性強(qiáng)、不易脫位等優(yōu)點(diǎn)[7]。聽骨贗復(fù)物材料在保證這些優(yōu)點(diǎn)的前提下，如何進(jìn)一步方便操作，使其手術(shù)固定更簡化，也是選擇聽骨贗復(fù)物制作材料需要考慮的重要內(nèi)容，但生物相容性是植入材料的首要考慮。

Spiekermann(1995)把材料的生物相容性定義為：一種理想的生物材料，不會(huì)導(dǎo)致機(jī)體的病理性變化，并可以誘導(dǎo)出其周圍的組織，包括骨組織、結(jié)締組織和上皮組織的生理反應(yīng)。植入物周圍纖維包膜或新生骨的形成常被認(rèn)為是材料與組織之間的理想反應(yīng)，是提示材料生物相容性良好的一個(gè)指標(biāo)。NiTi作為一種集感知和驅(qū)動(dòng)為一體的新型功能材料，是智能材料的重要組員，具有強(qiáng)度高、比重低、抗疲勞性能佳、耐腐蝕、耐磨、低磁性、形狀記憶效能、超彈性及生物相容性好等優(yōu)點(diǎn)[8]，已經(jīng)證明了NiTi在肌肉、骨組織、神經(jīng)組織、血液及皮下均有良好的生物相容性[9]。NiTi用于制作聽骨贗復(fù)物有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，取得了良好的聽力重建效果[3，4，10～12]。本實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)NiTi植入體周圍無明顯炎性反應(yīng)，術(shù)后第7 d NiTi表面出現(xiàn)零星的新生骨骼樣組織，隨著植入時(shí)間的延長，表面新生骨呈網(wǎng)狀，最后呈薄板狀，與Ti表面的新生骨骼樣組織在生長模式和豐度基本相同。植入的NiTi和Ti材料表面在植入112天后仍未見腐蝕斑點(diǎn)，無明顯顏色變化，說明無明顯的生物退變性。NiTi和Ti表面新生組織的掃描電鏡能譜分析，證實(shí)為新生的骨骼組織，說明NiTi表面成骨反應(yīng)性能良好，在聽泡中有很好的生物相容性。本實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)植入組和對照組聽泡內(nèi)移植的筋膜都在手術(shù)后逐漸萎縮至完全消失，可能與聽泡內(nèi)無明顯黏膜組織、血液供應(yīng)不良有關(guān)。

圖1術(shù)后112 d聽泡內(nèi)表面和植入材料解剖顯微鏡觀察a: NiTi植入體，b: Ti植入體，c:空白植入。白色箭頭：植入體，紅色箭頭：聽小骨，綠色箭頭：耳蝸

圖2術(shù)后4個(gè)時(shí)間點(diǎn)NiTi植入體表面新生骨組織形貌(×1 000)a：術(shù)后7 d，b：14 d，c：56 d，d：112 d。紅色箭頭：新生組織，綠色箭頭：NiTi植入體表面。其中圖d中綠色箭頭所指示部分的植入體表面新生組織在操作時(shí)脫落

圖3術(shù)后4個(gè)時(shí)間點(diǎn)Ti植入體表面新生骨組織形貌(×1 000)a：術(shù)后7 d，b：14 d，c：56 d，d：112 d。紅色箭頭：新生組織，綠色箭頭：Ti植入體表面。圖d中新生組織裂隙下為植入體Ti的表面

本實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)，NiTi表面新生骨組織含有極微量鎳(Ni)及鈦(Ti)，說明未進(jìn)行表面修飾的NiTi有極微量Ni及Ti釋放，與文獻(xiàn)報(bào)道的金屬植入體在接觸的人體組織中可能有金屬離子溶出[13]相吻合。這種脫金屬離子現(xiàn)象可以通過植入體表面修飾和改性等方法得到抑制。本實(shí)驗(yàn)采用的NiTi未通過表面特殊處理，導(dǎo)致其在表面的新生骨中微量Ni釋放。生物材料學(xué)家發(fā)現(xiàn)對NiTi進(jìn)行表面處理，如在NiTi表面形成致密穩(wěn)定的氧化物TiO2，或表面鍍膜，可以抑制或減少Ni的釋放[14]。需要強(qiáng)調(diào)的是，NiTi在中耳微量釋放的Ni，是否對相鄰的內(nèi)耳產(chǎn)生毒性，將通過后續(xù)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步觀察。

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