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1、用于人工骨的材料目前用于骨修復(fù)的生物材料分為以下幾種:醫(yī)用生物陶瓷、醫(yī)用高分子材料、醫(yī)用復(fù)合材料、納米人工骨一．醫(yī)用生物陶瓷材料生物活性陶瓷,主要指磷灰石(AP),包括羥基磷灰石(HAP)和磷酸三鈣(TCP)等。目前應(yīng)用最多的是HAP。人骨無機(jī)質(zhì)的主要成分是HAP,它賦予骨抗壓強(qiáng)度,是骨組織的主要承力者,人工合成的HAP是十分重要的骨修復(fù)材料,這是由于它的組成性質(zhì)與生物硬組織的HAP極為相似,并具有良好的生物相容性,可與自然骨形成強(qiáng)的骨鍵合,一旦細(xì)胞附著、伸展,即可產(chǎn)生骨基質(zhì)膠原,以后進(jìn)一步礦化,形成骨組織。 α2
2、磷酸三鈣(α2TCP)骨水泥具有水合硬化特性,可作為一種任意塑型的新型人工骨用于骨缺損填充。它在動物體內(nèi)形成蜂窩狀結(jié)構(gòu),動物組織可逐漸長入此蜂窩狀結(jié)構(gòu)中,形成牢固的骨性鍵合[3]。β2TCP[4]屬可吸收生物陶瓷,在體內(nèi)要被逐漸降解和吸收,但其強(qiáng)度較低,主要用于骨修復(fù)或矯正小的骨缺損或骨缺陷,如骨缺損腔填充。盡管β2TCP植入體內(nèi)可被降解和吸收,新骨將逐漸替換植入體,但由于其降解和吸收速度與骨形成速度難達(dá)到一致,所以不宜作為人體承力部件。目前磷酸鈣陶瓷要用于作小的承力部件、涂層、低負(fù)載的植入體。二．醫(yī)用生物高分子材
3、料 高分子聚合物已被廣泛用作骨修復(fù)材料,可降解聚乳酸(PLA)用于口腔外科,聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)骨水泥用于骨填充,聚乙醇酸(PGA)作為可吸收螺釘用于骨固定。生物降解材料制作的接骨材料,其彈性模量較金屬更接近骨組織的彈性模量,有利于骨折愈合,且隨著骨折的愈合,材料逐漸在體內(nèi)降解,不需二次手術(shù)取出。PLA[5]是一類有應(yīng)用價(jià)值的生物材料,它的降解速度取決于它的分子量、分子取向、結(jié)晶度、物理及化學(xué)結(jié)構(gòu),但其降解的機(jī)制主要是因?yàn)轷ユI的水解。目前PLA主要用于骨外科部件,例如骨針、骨板。Minorietal[7]用
4、不同分子量的PLA和聚乙二醇(PEG)制成PLA2PEG共聚物作為骨形成蛋白(BMP)的載體,其中PLA65002PEG3000共聚物具有一定的彈性,是較好的BMP載體。三．醫(yī)用復(fù)合材料 復(fù)合人工骨[13]的研究近年來取得了很大進(jìn)展,其基本原理是將具有骨傳導(dǎo)能力的材料與具有骨誘導(dǎo)能力的物質(zhì)如骨生長因子、骨髓組織等復(fù)合制備成復(fù)合人工骨,使它們既具有骨傳導(dǎo)作用,又具有骨誘導(dǎo)作用。3.1 磷酸鈣復(fù)合人工骨 主要包括TCP及HAP與膠原、骨生長因子等復(fù)合人工骨。原位自體骨與磷酸鈣人工骨混合植骨應(yīng)用在脊柱側(cè)凸畸形矯正術(shù)中,是
5、一種實(shí)用、簡易、可靠的植骨方法。3.2 聚合物復(fù)合人工骨 生物降解聚合物是近年生物材料研究領(lǐng)域中的一個(gè)熱點(diǎn),通過技術(shù)工可合成各種結(jié)構(gòu)形態(tài),一定的生物降解特性的各種聚合物。但它們無骨誘導(dǎo)活性,需與其它骨誘導(dǎo)因子復(fù)合應(yīng)用才能取得良好效果。3.3 紅骨髓復(fù)合人工骨 骨髓由造血系統(tǒng)和基質(zhì)系統(tǒng)兩部分組成。健康紅骨髓的基質(zhì)細(xì)胞中含有定向性骨祖細(xì)胞(DOPC)和可誘導(dǎo)性骨祖細(xì)胞(IOPC)。DOPC具有定向分化為骨組織的能力,IOPC在誘導(dǎo)因子(如BMP)作用下才能分化成骨。Zakrzewskaetal[17]將骨髓細(xì)胞與HAP
6、結(jié)合,并分別加入成纖維細(xì)胞生長因子(bFGF)和(或)成骨蛋白21(OP21),通過測定胸腺嘧啶摻入到DNA中的量、ALP的活性及新生骨的形成,來了解它們的生物活性。結(jié)果表明,bFGF能刺激骨髓細(xì)胞的增殖,OP21能增加ALP的活性及刺激新生骨形成,并能促進(jìn)骨髓細(xì)胞的分化。四．納米人工骨納米級骨材料就是一類由人工合成、具有多種優(yōu)良理化特性(能自固化成型、機(jī)械強(qiáng)度高、使用方便等)和生物學(xué)特性(無毒副作用、可以吸收和降解、生物相容性好、能誘導(dǎo)骨細(xì)胞和血管生長等)的新型骨修復(fù)材料,其主要用途是修復(fù)骨缺損時(shí)作為細(xì)胞外支架材
7、料和骨折的固定材料。下面將近年來納米級骨修復(fù)材料的研究進(jìn)展介紹如下。4.1 納米羥基磷灰石(nHAP) 國外已制備出含有二氧化鋯的nHAP材料,其硬度、韌性等綜合性能可達(dá)到甚至超過致密骨骼相應(yīng)性能。通過調(diào)節(jié)二氧化鋯含量,可使該納米人工骨材料具有優(yōu)良的生物相容性。4.2 TCP合成納米松質(zhì)骨 Clarkeetal用聚氨酯海綿方法編織出具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的新型多孔聚磷酸鈣骨架材料(CPP),并進(jìn)行了離體、在體研究,發(fā)現(xiàn)多孔的CPP骨架能促進(jìn)骨生長。多孔TCP合成松質(zhì)骨與人體松質(zhì)骨的結(jié)構(gòu)和化學(xué)成份相似,Yuanetal[2
8、0]合成Vitoss無填料納米松質(zhì)骨,該松質(zhì)骨具有廣泛的孔隙,孔徑相通,利于營養(yǎng)連續(xù)供給和更多的細(xì)胞、組織長入、使骨修復(fù)更快、更完全。4.3 氧化鋯/氧化鋁 Uchidaetal[21]將氧化鋯/氧化鋁晶體納米化合物團(tuán)塊浸在與生物體液相似的溶液中,其表面可生成骨樣磷灰石層,提示在活體內(nèi)可能形成生物陶瓷如HAP、TCP等。 Lukeetal[22]將大鼠顱骨
