用于人工骨的材料

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HA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HA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。a 2磷酸三鈣（a 2TCP）骨水泥具有水合硬化特性,可作為一種任意

2、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 2TCP 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B 2TCP 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

3、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PL/主要用于骨外科部件，例如骨針、骨板。Mi nori et al 7 用不同分子量的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PLA 6 5002PEG3 000共聚物具有一定的彈性,是較好

4、 的BM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HA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 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

5、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） 。 DOP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。Zakrzewska et al 17 將骨髓細(xì)胞與HA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DN腫的量、ALM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,0P21能增加ALP勺活性及刺激 新生骨形成 , 并能促進(jìn)骨髓細(xì)胞的分化

6、。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)骨缺損時作為細(xì)胞外支 架材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nHA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成納米松質(zhì)骨Clarke etal用聚氨酯海綿方法

7、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CP骨架能促 進(jìn)骨生長。多孔TCP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 ,Yuan et al 20 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 Uchida et al 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。Luke et al 22 將大鼠顱骨的成骨細(xì)胞粘附在23

8、nm氧化鋁上，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞形態(tài)具有 很好的伸展性 , 且成骨細(xì)胞的黏附能力比在硼硅酸鹽玻璃上增 46%, 表明氧化鋁納米顆粒 增強(qiáng)了細(xì)胞間的相互作用 ;細(xì)胞形態(tài)分析和材料毒性評價也表明 : 納米復(fù)合陶瓷材料有良 好的生物相容性。4. 4 納米復(fù)合材料 由于單一類型材料難以滿足骨組織工程細(xì)胞外基質(zhì)材料的要求 , 研究者將幾種單一材料進(jìn)行適當(dāng)組合 , 結(jié)合有機(jī)材料與無機(jī)材料的優(yōu)缺點(diǎn) , 合成有機(jī)/ 無 機(jī)、HA /多聚體復(fù)合材料，在實(shí)際應(yīng)用中取得良好效果。4. 4. 1nHAP /聚左旋乳酸 （ PLLA ）Saeed et al 23 對合成的HAP內(nèi)米棒表面進(jìn)行修飾,然后與PLLA聚合成nHAP

9、/PLLA納米化合物。0M和0T化合物有較高的彈力系數(shù)，在HAP /PLLA納米化合物中加入1% 的OTS,它的彈力系數(shù)上升40% ,使HAP /PLLA勺負(fù)載傳導(dǎo)性得到明顯改善。4. 2HAP /聚砜、 HAP /聚乙烯復(fù)合物多聚體生物瓷性增強(qiáng)研究發(fā)現(xiàn) :聚砜是具有一定機(jī)械力學(xué)特性的多聚體 ,高密度聚乙烯 是一種具有韌性的熱塑性多聚體，兩者均被證明具有良好的生物相容性。HA與這兩種多 聚體聚合為新化合物 , 通過兩軸疲勞試驗(yàn)表明 : 該化合物有良好的力學(xué)性能。4. 4. 3 納米AP /聚酰胺（PA）復(fù)合材料蘇勤等用共沉淀法制成了納米磷灰石 /聚酰胺復(fù)合材料 , 通過常壓共溶法直接用納米磷

10、灰石漿液制備了納米HA晶體/聚酰胺生物活性材料。都獲得了高nHA含量和分散均勻的 復(fù)合材料。測試表明：約65%勺HA以納米級均勻地分散在PA基體中,在復(fù)合材料的兩相 界面間有化學(xué)鍵形成 ; 此復(fù)合材料的抗壓、抗彎強(qiáng)度和彈性模量與人體皮質(zhì)骨類似。硫酸鈣/ 納米羥基磷灰石復(fù)合材料羥基磷灰石（HA是一種可靠的骨修復(fù)材料，而HA勺塑型性能很差，體內(nèi)降解也比較 慢。半水硫酸鈣（CSH也是一種良好的骨誘導(dǎo)材料，其塑型性能頗為理想，目前國外已 開發(fā)出CS的新型骨誘導(dǎo)材料，并在創(chuàng)傷、脊柱外科等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用和良好的臨 床效果4. 5 納米仿生骨 天然骨是膠原纖維貫穿于HA形成的復(fù)合材料、HA占骨的7%

11、,膠原 纖維為交聯(lián)的螺旋狀多肽鏈 , 賦予骨很好的強(qiáng)度 , 且使骨受應(yīng)力時可彎曲。骨內(nèi)部保持成 骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞的生理平衡 , 工程化骨就是利用支架培養(yǎng)細(xì)胞使骨組織再生。 常用多孔 陶（孔徑200400卩m）作為支架，在體外培養(yǎng)細(xì)胞，使其擴(kuò)增，形成骨組織再植入體內(nèi)。HAP 能吸收各種蛋白質(zhì) , 其中包括骨形成與骨吸收相關(guān)細(xì)胞因子、生長因子及細(xì)胞黏附蛋質(zhì)。4. 5. 1多孔仿珊瑚人工骨 楊加峰等28 用HA為原料,采用濕化學(xué)法合成粉料,該粉料微粒呈細(xì)針狀和類晶須結(jié)構(gòu)，?1550 nm,用粉料制成的塊料具有天然骨類似結(jié)構(gòu)。 實(shí)驗(yàn)證明 , 這種梯度結(jié)構(gòu)多孔體的力學(xué)性能較普通珊瑚人工骨有較大提高 , 其抗壓縮強(qiáng)度 大于人松質(zhì)骨的壓縮強(qiáng)度 , 可滿足大多數(shù)臨床需要。4. 5. 2 納米磷酸鈣 / 膠原材料 Wei etal 29 在研究大段骨的細(xì)胞載體材料時 , 根據(jù) 仿生礦化原理 , 采用納米自組裝技術(shù)研制出成分和結(jié)構(gòu)都與天然骨組織高度相似的納米 磷酸鈣/膠原基骨材料，其磷酸鈣/膠原層間距為1117 nm,與天然骨組織里的711 nm十分接 近, 即均為傾斜的層狀結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)證明 , 成骨細(xì)胞在該支架上能生長并分泌骨基質(zhì)。4. 5. 3