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1、骨水泥及磷酸鈣生物活性骨水泥陳東方（化科院，0811化學(xué)，08114032）摘 要:聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥作為骨修復(fù)材料在骨修復(fù)和硬組織置換中發(fā)揮著重要作用。由于其自身的某些缺點(diǎn),用新型骨修復(fù)材料取代聚甲基丙烯酸甲酯已成為必然,并取得了很大進(jìn)展。磷酸鈣骨水泥高的生物相容性和易于塑型的特點(diǎn)使其成為研究熱點(diǎn)。本文綜述了聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥及新型骨水泥,特別是磷酸鈣生物活性骨水泥的研究進(jìn)展。關(guān)鍵詞:聚甲基丙烯酸甲酯,磷酸鈣生物活性骨水泥,生物相容性,水化硬化11前 言作為替代、修復(fù)人體硬組織的生物材料,骨修復(fù)材料廣泛應(yīng)用于骨外
2、科、整形外科及牙科領(lǐng)域。人體因外傷、炎癥、腫瘤和先天畸形造成骨缺損或肢體不全者不計(jì)其數(shù),需要量極大因此,骨修復(fù)材料的研究和開發(fā)是全球性的問題,是生物材料研究中一個非?；钴S的領(lǐng)域。從來源看,骨修復(fù)材料主要有三種,即自體骨、異體骨和人工合成材料。雖然自體骨是理想的骨移植材料,但供骨來源有限,且二次手術(shù)給患者帶來痛苦,供骨區(qū)可能出現(xiàn)形態(tài)和功能障礙;異體骨存在免疫排異反應(yīng),有導(dǎo)致傳染疾病和腫瘤生成的可能。因此各國科學(xué)家都在努力對現(xiàn)有骨移植材料進(jìn)行改進(jìn)或研究、開發(fā)新型骨修復(fù)材料。骨水泥是在骨矯形修復(fù)過程中,用于填補(bǔ)缺損和固定移植體的
3、材料。早期曾使用過石膏等。自1996年英國醫(yī)生Charnley[1,2]首次將聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)用于固定矯形移植體以來,PMMA骨水泥的應(yīng)用對人工關(guān)節(jié)的發(fā)展起過巨大推動作用,并在骨缺損、骨癌刮除后的空洞填充修復(fù)中得到了廣泛應(yīng)用。PMMA骨水泥由兩相組成,固相為聚甲基丙烯酸甲酯,為高聚物成分;液相為甲基丙烯酸甲酯(MMA)單體,兩種成分混合后很快發(fā)生聚合反應(yīng),放出熱量,約10分鐘后固化。雖然PMMA骨水泥成型容易,使用方便,但由于其生物相容性差,與人體骨是非骨性結(jié)合,近年來研究人員不斷對PMMA骨水泥進(jìn)行改進(jìn)。同時
4、,研究開發(fā)了一些生物相容性好,固化過程放熱少,組成與人體硬組織相近的磷酸鈣生物活性骨水泥。21PMMA骨水泥的改進(jìn)為了克服PMMA的缺點(diǎn)和不足,研究人員對PMMA骨水泥進(jìn)行了改進(jìn),取得了較好的成果。在PMMA骨水泥中加入磷酸鈣陶瓷粉末,可以提高PMMA骨水泥的生物相容性[3]。但由于PMMA密實(shí)不透,加入的磷酸鈣陶瓷粉末,其活性可能被掩蓋,不利于其與活體組織發(fā)揮骨傳導(dǎo)作用。國內(nèi)外為改進(jìn)PMMA與骨結(jié)合狀況,將PMMA改為多孔結(jié)構(gòu)[4],使骨組織長入骨水泥后,修復(fù)體得到生物學(xué)固定,在一定程度上減緩了松動發(fā)生。王善沅等將該網(wǎng)孔
5、結(jié)構(gòu)骨水泥材料作為甲氨喋呤(MTX,一種廣譜抗腫瘤藥物)的載體,進(jìn)行了藥物釋放速度的試驗(yàn)[5]。并將慶大霉素加入具有網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)的PMMA中,在人工髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)中作了60例臨床應(yīng)用[6]。該骨水泥具有小孔,孔徑在0.1-150.μm之間,大孔孔徑在150μm以上,大孔占所有孔洞面積的10-20%。結(jié)果表明,載有慶大霉素的網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)PMMA骨水泥,其界面剪切應(yīng)力強(qiáng)度比普通骨水泥高30%。臨床使用表明,具有網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)負(fù)載慶大霉素的PMMA骨水泥是目前一種高效、低毒、比較理想的骨水泥,對預(yù)防感染和減少假體下沉有良好作用。有網(wǎng)孔的載藥P
6、MMA,具有載藥和骨水泥雙重功能,若將磷酸鈣陶瓷粉末加入其中,磷酸鈣陶瓷的活性不被掩蓋,有利于發(fā)揮后者的骨傳導(dǎo)作用,更能加強(qiáng)界面結(jié)合,防止假體松動下沉。鄭昌瓊等[7]將羥基磷灰石(HA)與PMMA復(fù)合,用于動物骨缺損修復(fù)后的組織形態(tài)學(xué)觀察表明,在骨與骨水泥之間無纖維層,材料系骨性結(jié)合。植入4周后界面上即有新骨形成,8周形成成熟的新骨組織層,新的骨層與骨和骨水泥結(jié)合緊密,改善了骨水泥與骨結(jié)合的強(qiáng)度,有望解決骨水泥植入后期松動問題。31磷酸鈣生物活性骨水泥對PMMA骨水泥的改進(jìn),雖然能改善其某些性能,但畢竟PMMA是生物相容性
7、不好的異物,人們一直在尋求新型的生物活性骨水泥來替代。替代材料主要是磷酸鈣生物活性骨水泥。它是由兩種或兩種以上磷酸鈣粉末,加上調(diào)和劑,調(diào)成糊狀注入修復(fù)部位,能在人體內(nèi)環(huán)境和溫度下硬化,其成分最終轉(zhuǎn)化為HA。這種骨水泥可組合成與天然骨類似的組成,植入人體后可參加新陳代謝使骨組織生長,逐步重建成耐久的承重骨。此新工藝、新材料集成型、臨床使用一體化,可根據(jù)缺損部位任意塑型,操作簡便,克服了使用粉料和顆粒料成型困難,力學(xué)性能差,易于流失等問題。此非燒結(jié)體具有更大生物降解性,也克服了塊狀CPC料晶化程度高,成型加工困難,在矯形外科上
8、應(yīng)用受環(huán)境限制的缺點(diǎn)。這種材料能取代生物相容性差的PMMA骨水泥,因此成為研究熱點(diǎn)。自80年代中期以來,世界各國都投入力量對這種生物材料進(jìn)行研究。研究主要包括各種類型磷酸鈣陶瓷(CPC)生物活性骨水泥配方的篩選及優(yōu)化,調(diào)和劑的選擇,磷酸鈣生物活性骨水泥水化固化的動力學(xué)、影響因素及反應(yīng)最終產(chǎn)物的測定和磷酸
