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1、骨水泥及磷酸钙生物活性骨水泥陈东方（化科院，0811化学，08114032）摘 要:聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥作为骨修复材料在骨修复和硬组织置换中发挥着重要作用。由于其自身的某些缺点,用新型骨修复材料取代聚甲基丙烯酸甲酯已成为必然,并取得了很大进展。磷酸钙骨水泥高的生物相容性和易于塑型的特点使其成为研究热点。本文综述了聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥及新型骨水泥,特别是磷酸钙生物活性骨水泥的研究进展。关键词:聚甲基丙烯酸甲酯,磷酸钙生物活性骨水泥,生物相容性,水化硬化11前 言作为替代、修复人体硬组织的生物材料,骨修复材料广泛应用于骨外
2、科、整形外科及牙科领域。人体因外伤、炎症、肿瘤和先天畸形造成骨缺损或肢体不全者不计其数,需要量极大因此,骨修复材料的研究和开发是全球性的问题,是生物材料研究中一个非常活跃的领域。从来源看,骨修复材料主要有三种,即自体骨、异体骨和人工合成材料。虽然自体骨是理想的骨移植材料,但供骨来源有限,且二次手术给患者带来痛苦,供骨区可能出现形态和功能障碍;异体骨存在免疫排异反应,有导致传染疾病和肿瘤生成的可能。因此各国科学家都在努力对现有骨移植材料进行改进或研究、开发新型骨修复材料。骨水泥是在骨矫形修复过程中,用于填补缺损和固定移植体的
3、材料。早期曾使用过石膏等。自1996年英国医生Charnley[1,2]首次将聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)用于固定矫形移植体以来,PMMA骨水泥的应用对人工关节的发展起过巨大推动作用,并在骨缺损、骨癌刮除后的空洞填充修复中得到了广泛应用。PMMA骨水泥由两相组成,固相为聚甲基丙烯酸甲酯,为高聚物成分;液相为甲基丙烯酸甲酯(MMA)单体,两种成分混合后很快发生聚合反应,放出热量,约10分钟后固化。虽然PMMA骨水泥成型容易,使用方便,但由于其生物相容性差,与人体骨是非骨性结合,近年来研究人员不断对PMMA骨水泥进行改进。同时
4、,研究开发了一些生物相容性好,固化过程放热少,组成与人体硬组织相近的磷酸钙生物活性骨水泥。21PMMA骨水泥的改进为了克服PMMA的缺点和不足,研究人员对PMMA骨水泥进行了改进,取得了较好的成果。在PMMA骨水泥中加入磷酸钙陶瓷粉末,可以提高PMMA骨水泥的生物相容性[3]。但由于PMMA密实不透,加入的磷酸钙陶瓷粉末,其活性可能被掩盖,不利于其与活体组织发挥骨传导作用。国内外为改进PMMA与骨结合状况,将PMMA改为多孔结构[4],使骨组织长入骨水泥后,修复体得到生物学固定,在一定程度上减缓了松动发生。王善沅等将该网孔
5、结构骨水泥材料作为甲氨喋呤(MTX,一种广谱抗肿瘤药物)的载体,进行了药物释放速度的试验[5]。并将庆大霉素加入具有网孔结构的PMMA中,在人工髋关节置换手术中作了60例临床应用[6]。该骨水泥具有小孔,孔径在0.1-150.μm之间,大孔孔径在150μm以上,大孔占所有孔洞面积的10-20%。结果表明,载有庆大霉素的网孔结构PMMA骨水泥,其界面剪切应力强度比普通骨水泥高30%。临床使用表明,具有网孔结构负载庆大霉素的PMMA骨水泥是目前一种高效、低毒、比较理想的骨水泥,对预防感染和减少假体下沉有良好作用。有网孔的载药P
6、MMA,具有载药和骨水泥双重功能,若将磷酸钙陶瓷粉末加入其中,磷酸钙陶瓷的活性不被掩盖,有利于发挥后者的骨传导作用,更能加强界面结合,防止假体松动下沉。郑昌琼等[7]将羟基磷灰石(HA)与PMMA复合,用于动物骨缺损修复后的组织形态学观察表明,在骨与骨水泥之间无纤维层,材料系骨性结合。植入4周后界面上即有新骨形成,8周形成成熟的新骨组织层,新的骨层与骨和骨水泥结合紧密,改善了骨水泥与骨结合的强度,有望解决骨水泥植入后期松动问题。31磷酸钙生物活性骨水泥对PMMA骨水泥的改进,虽然能改善其某些性能,但毕竟PMMA是生物相容性
7、不好的异物,人们一直在寻求新型的生物活性骨水泥来替代。替代材料主要是磷酸钙生物活性骨水泥。它是由两种或两种以上磷酸钙粉末,加上调和剂,调成糊状注入修复部位,能在人体内环境和温度下硬化,其成分最终转化为HA。这种骨水泥可组合成与天然骨类似的组成,植入人体后可参加新陈代谢使骨组织生长,逐步重建成耐久的承重骨。此新工艺、新材料集成型、临床使用一体化,可根据缺损部位任意塑型,操作简便,克服了使用粉料和颗粒料成型困难,力学性能差,易于流失等问题。此非烧结体具有更大生物降解性,也克服了块状CPC料晶化程度高,成型加工困难,在矫形外科上
8、应用受环境限制的缺点。这种材料能取代生物相容性差的PMMA骨水泥,因此成为研究热点。自80年代中期以来,世界各国都投入力量对这种生物材料进行研究。研究主要包括各种类型磷酸钙陶瓷(CPC)生物活性骨水泥配方的筛选及优化,调和剂的选择,磷酸钙生物活性骨水泥水化固化的动力学、影响因素及反应最终产物的测定和磷酸
