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1、用于人工骨的材料目前用于骨修复的生物材料分为以下几种:医用生物陶瓷、医用高分子材料、医用复合材料、纳米人工骨一．医用生物陶瓷材料生物活性陶瓷,主要指磷灰石(AP),包括羟基磷灰石(HAP)和磷酸三钙(TCP)等。目前应用最多的是HAP。人骨无机质的主要成分是HAP,它赋予骨抗压强度,是骨组织的主要承力者,人工合成的HAP是十分重要的骨修复材料,这是由于它的组成性质与生物硬组织的HAP极为相似,并具有良好的生物相容性,可与自然骨形成强的骨键合,一旦细胞附着、伸展,即可产生骨基质胶原,以后进一步矿化,形成骨组织。 α2
2、磷酸三钙(α2TCP)骨水泥具有水合硬化特性,可作为一种任意塑型的新型人工骨用于骨缺损填充。它在动物体内形成蜂窝状结构,动物组织可逐渐长入此蜂窝状结构中,形成牢固的骨性键合[3]。β2TCP[4]属可吸收生物陶瓷,在体内要被逐渐降解和吸收,但其强度较低,主要用于骨修复或矫正小的骨缺损或骨缺陷,如骨缺损腔填充。尽管β2TCP植入体内可被降解和吸收,新骨将逐渐替换植入体,但由于其降解和吸收速度与骨形成速度难达到一致,所以不宜作为人体承力部件。目前磷酸钙陶瓷要用于作小的承力部件、涂层、低负载的植入体。二．医用生物高分子材
3、料 高分子聚合物已被广泛用作骨修复材料,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)作为可吸收螺钉用于骨固定。生物降解材料制作的接骨材料,其弹性模量较金属更接近骨组织的弹性模量,有利于骨折愈合,且随着骨折的愈合,材料逐渐在体内降解,不需二次手术取出。PLA[5]是一类有应用价值的生物材料,它的降解速度取决于它的分子量、分子取向、结晶度、物理及化学结构,但其降解的机制主要是因为酯键的水解。目前PLA主要用于骨外科部件,例如骨针、骨板。Minorietal[7]用
4、不同分子量的PLA和聚乙二醇(PEG)制成PLA2PEG共聚物作为骨形成蛋白(BMP)的载体,其中PLA65002PEG3000共聚物具有一定的弹性,是较好的BMP载体。三．医用复合材料 复合人工骨[13]的研究近年来取得了很大进展,其基本原理是将具有骨传导能力的材料与具有骨诱导能力的物质如骨生长因子、骨髓组织等复合制备成复合人工骨,使它们既具有骨传导作用,又具有骨诱导作用。3.1 磷酸钙复合人工骨 主要包括TCP及HAP与胶原、骨生长因子等复合人工骨。原位自体骨与磷酸钙人工骨混合植骨应用在脊柱侧凸畸形矫正术中,是
5、一种实用、简易、可靠的植骨方法。3.2 聚合物复合人工骨 生物降解聚合物是近年生物材料研究领域中的一个热点,通过技术工可合成各种结构形态,一定的生物降解特性的各种聚合物。但它们无骨诱导活性,需与其它骨诱导因子复合应用才能取得良好效果。3.3 红骨髓复合人工骨 骨髓由造血系统和基质系统两部分组成。健康红骨髓的基质细胞中含有定向性骨祖细胞(DOPC)和可诱导性骨祖细胞(IOPC)。DOPC具有定向分化为骨组织的能力,IOPC在诱导因子(如BMP)作用下才能分化成骨。Zakrzewskaetal[17]将骨髓细胞与HAP
6、结合,并分别加入成纤维细胞生长因子(bFGF)和(或)成骨蛋白21(OP21),通过测定胸腺嘧啶掺入到DNA中的量、ALP的活性及新生骨的形成,来了解它们的生物活性。结果表明,bFGF能刺激骨髓细胞的增殖,OP21能增加ALP的活性及刺激新生骨形成,并能促进骨髓细胞的分化。四．纳米人工骨纳米级骨材料就是一类由人工合成、具有多种优良理化特性(能自固化成型、机械强度高、使用方便等)和生物学特性(无毒副作用、可以吸收和降解、生物相容性好、能诱导骨细胞和血管生长等)的新型骨修复材料,其主要用途是修复骨缺损时作为细胞外支架材
7、料和骨折的固定材料。下面将近年来纳米级骨修复材料的研究进展介绍如下。4.1 纳米羟基磷灰石(nHAP) 国外已制备出含有二氧化锆的nHAP材料,其硬度、韧性等综合性能可达到甚至超过致密骨骼相应性能。通过调节二氧化锆含量,可使该纳米人工骨材料具有优良的生物相容性。4.2 TCP合成纳米松质骨 Clarkeetal用聚氨酯海绵方法编织出具有三维网络结构的新型多孔聚磷酸钙骨架材料(CPP),并进行了离体、在体研究,发现多孔的CPP骨架能促进骨生长。多孔TCP合成松质骨与人体松质骨的结构和化学成份相似,Yuanetal[2
8、0]合成Vitoss无填料纳米松质骨,该松质骨具有广泛的孔隙,孔径相通,利于营养连续供给和更多的细胞、组织长入、使骨修复更快、更完全。4.3 氧化锆/氧化铝 Uchidaetal[21]将氧化锆/氧化铝晶体纳米化合物团块浸在与生物体液相似的溶液中,其表面可生成骨样磷灰石层,提示在活体内可能形成生物陶瓷如HAP、TCP等。 Lukeetal[22]将大鼠颅骨
