● 摘要
纳米材料因其特异的光、电、磁性效应对生物医学领域的发展起着巨大的推动作用。当骨修复材料被加工到纳米尺度，具有了很多优异的生物学特性，如材料的比表面积增加，组织和蛋白的粘附作用增强，骨生物学活性增强等。但是由于纳米材料的小尺寸效应，可穿透细胞膜直接进入细胞核，其对机体组织和器官潜在的负面作用不可忽视。因此，评估纳米骨修复材料的安全性，对纳米材料的应用具有重要的现实意义。
本研究分别以纳米羟基磷灰石和纳米壳聚糖作为无机和有机纳米骨修复材料的代表。制备尺度在20 - 30 nm 的纳米羟基磷灰石颗粒，并根据70 ：30比例制备纳米羟基磷灰石 / 壳聚糖复合材料，用X射线衍射技术、红外光谱分析等手段对所合成材料进行表征；分别观察这三种纳米材料对体外MC3T3 - E1成骨细胞的作用，以及腹腔注射入SD大鼠体内对其生理功能的影响，以探求纳米尺度骨修复材料生物相容性的细胞作用机制。使用细胞电镜、血液生化指标分析、病理组织学观察等方法，分析三种不同材料对机体组织的影响及其可能的毒性机理，以探求纳米骨修复材料的毒性影响因素及其与体内氧化应激反应、炎症与凋亡以及免疫系统等相关因素的作用。通过研究我们发现，n - HA颗粒诱导MC3T3 - E1细胞及SD大鼠肝、肾组织细胞凋亡，其机制可能与钙离子的超负荷有关。纳米壳聚糖本身具有细胞毒性作用，可诱导MC3T3 - E1细胞及SD大鼠肝、肾组织细胞凋亡，且具有剂量依赖性。总量为400 mg / kg体重的n - HA / CS复合材料在体内循环代谢，随着作用时间的延长，肝脏、肾脏中细胞凋亡的程度逐渐增加，对于肾脏功能的改变更为明显。以上结果说明，纳米骨修复材料的生物安全性是复杂的，除了材料本身的特性，纳米尺度的特殊效应可能成为纳米骨修复材料产生细胞毒性的重要原因。一定程度内的细胞凋亡不会引起机体生理功能的改变，但如果细胞凋亡数目过多，超过机体的代偿能力可影响机体重要的生理功能。本研究为评估纳米骨修复材料的生物安全性，设计更安全、更适用于人体骨骼修复替代的材料提供了线索。