用于人工骨的材料

1、用于人工骨的材料目前用于骨修復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 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 前應用最多的是HAP人骨無機質的主要成分是HAP它賦予骨抗壓強度,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材料,這是由于它的組成性質與生物硬組織 的HA極為相似，并具有良好的生物相容性，可與自然骨形成強的骨鍵合，一旦細胞附著、 伸展 , 即可產生骨基質膠原 , 以后進一步礦化 , 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。它在動物體內形成蜂窩狀結構 , 動物組織可逐漸長入此蜂窩狀結構中 , 形成 牢固的骨性鍵合3 2TCP 4 屬可吸收生物陶瓷，在體內要被逐漸降解和吸收，但其強度較低，主要用于骨修復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 ,材料逐漸在體內降解 ,不需二次手術取出。 PLA 5 是一類 有應用價值的生物材料 , 它的降解速度取決于它的分子量、分子取向、結晶度、物理及化 學結構，但其降解的機制主要是因為酯鍵的水解。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)用復合材料復合人工骨 13 的研究近年來取得了很大進展 , 其基本原理是將具有骨傳 導能力的材料與具有骨誘導能力的物質如骨生長因子、骨髓組織等復合制備成復合人工 骨, 使它們既具有骨傳導作用 , 又具有骨誘導作用。3. 1 磷酸鈣復合人工骨 主要包括TCP及HA與膠原、骨生長因子等復合人工骨。原位 自體骨與磷酸鈣人工骨混合植骨應用在脊柱側凸畸形矯正術中 , 是一種實用、簡易、可 靠的植骨方法。3. 2 聚合物復合人工骨 生物降解聚合物是近年生物材料研究領域中的一個 熱點, 通過技術工可合成各種結構形態(tài) , 一定的生物降解特性的各種聚合物。但 它們無骨誘導活性 , 需與其它骨誘

5、導因子復合應用才能取得良好效果。3. 3 紅骨髓復合人工骨 骨髓由造血系統(tǒng)和基質系統(tǒng)兩部分組成。健康紅骨髓的基質細胞中含有定向性骨祖細胞（DOPC和可誘導性骨祖細胞（IOPC） 。 DOP具有定 向分化為骨組織的能力，IOPC在誘導因子（如BMP作用下才能分化成骨。Zakrzewska et al 17 將骨髓細胞與HA結合，并分別加入成纖維細胞生長因子（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。結果表明,bFGF能刺激骨髓細胞的增殖,0P21能增加ALP勺活性及刺激 新生骨形成 , 并能促進骨髓細胞的分化

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、機械強度高、使用方便等 ）和生物學特性 （ 無毒副作用、可以吸收和降解、生物相容性好、能誘 導骨細胞和血管生長等 ） 的新型骨修復材料 , 其主要用途是修復骨缺損時作為細胞外支 架材料和骨折的固定材料。下面將近年來納米級骨修復材料的研究進展介紹如下。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 等綜合性能可達到甚至超過致密骨骼相應性能。 通過調節(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成納米松質骨Clarke etal用聚氨酯海綿方法

7、編織出具有三維網絡結構的新型多孔聚磷酸鈣骨架材料（CPP）,并進行了離體、在體研究，發(fā)現多孔的CP骨架能促 進骨生長。多孔TCP成松質骨與人體松質骨的結構和化學成份相似 ,Yuan et al 20 合成Vitoss無填料納米松質骨，該松質骨具有廣泛的孔隙,孔徑相通,利于營養(yǎng)連續(xù)供給 和更多的細胞、組織長入、使骨修復更快、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胞粘附在23

8、nm氧化鋁上，發(fā)現細胞形態(tài)具有 很好的伸展性 , 且成骨細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 增強了細胞間的相互作用 ;細胞形態(tài)分析和材料毒性評價也表明 : 納米復合陶瓷材料有良 好的生物相容性。4. 4 納米復合材料 由于單一類型材料難以滿足骨組織工程細胞外基質材料的要求 , 研究者將幾種單一材料進行適當組合 , 結合有機材料與無機材料的優(yōu)缺點 , 合成有機/ 無 機、HA /多聚體復合材料，在實際應用中取得良好效果。4. 4. 1nHAP /聚左旋乳酸 （ PLLA ）Saeed et al 23 對合成的HAP內米棒表面進行修飾,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，在HAP /PLLA納米化合物中加入1% 的OTS,它的彈力系數上升40% ,使HAP /PLLA勺負載傳導性得到明顯改善。4. 2HAP /聚砜、 HAP /聚乙烯復合物多聚體生物瓷性增強研究發(fā)現 :聚砜是具有一定機械力學特性的多聚體 ,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 , 通過兩軸疲勞試驗表明 : 該化合物有良好的力學性能。4. 4. 3 納米AP /聚酰胺（PA）復合材料蘇勤等用共沉淀法制成了納米磷灰石 /聚酰胺復合材料 , 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,在復合材料的兩相 界面間有化學鍵形成 ; 此復合材料的抗壓、抗彎強度和彈性模量與人體皮質骨類似。硫酸鈣/ 納米羥基磷灰石復合材料羥基磷灰石（HA是一種可靠的骨修復材料，而HA勺塑型性能很差，體內降解也比較 慢。半水硫酸鈣（CSH也是一種良好的骨誘導材料，其塑型性能頗為理想，目前國外已 開發(fā)出CS的新型骨誘導材料，并在創(chuàng)傷、脊柱外科等領域獲得了廣泛的應用和良好的臨 床效果4. 5 納米仿生骨 天然骨是膠原纖維貫穿于HA形成的復合材料、HA占骨的7%

11、,膠原 纖維為交聯的螺旋狀多肽鏈 , 賦予骨很好的強度 , 且使骨受應力時可彎曲。骨內部保持成 骨細胞和破骨細胞的生理平衡 , 工程化骨就是利用支架培養(yǎng)細胞使骨組織再生。 常用多孔 陶（孔徑200400卩m）作為支架，在體外培養(yǎng)細胞，使其擴增，形成骨組織再植入體內。HAP 能吸收各種蛋白質 , 其中包括骨形成與骨吸收相關細胞因子、生長因子及細胞黏附蛋質。4. 5. 1多孔仿珊瑚人工骨 楊加峰等28 用HA為原料,采用濕化學法合成粉料,該粉料微粒呈細針狀和類晶須結構，?1550 nm,用粉料制成的塊料具有天然骨類似結構。 實驗證明 , 這種梯度結構多孔體的力學性能較普通珊瑚人工骨有較大提高 , 其抗壓縮強度 大于人松質骨的壓縮強度 , 可滿足大多數臨床需要。4. 5. 2 納米磷酸鈣 / 膠原材料 Wei etal 29 在研究大段骨的細胞載體材料時 , 根據 仿生礦化原理 , 采用納米自組裝技術研制出成分和結構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構。實驗證明 , 成骨細胞在該支架上能生長并分泌骨基質。4. 5. 3