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骨修复生物活性材料研究进展
论文作者:童鞋论文网  论文来源:www.txlunwenw.com  发布时间:2019/4/9 10:40:48  

摘要:生物医用材料(biomedical material)是指一类具有特殊功能的材料,这类材料可以用于诊断、治疗、修复或代替受损组织、器官,对人体组织、血液无不良影响[1,2]。生物技术的发展和不断突破使得生物医用材料成为了科学家们研究和讨论的重点。终极目标是希望制备出能替代受损组织并且不改变其生理功能的医疗器械或者人工器官。由于植入物在植入人体过程中会产生不同的反应,所以生物医用材料又分为生物活性和生物惰性材料两类[3,4]。本文以骨修复生物活性材料为例,主要对骨修复生物活性材料应该具备的性能以及常用的骨修复生物活性材料的研究进展进行了相关梳理。

关键词:生物医药材料 骨修复生物活性材料 研究进展

1骨修复生物活性材料

目前,人口老龄化现象日益严峻。天灾人祸更是导致骨损伤人数居高不下,骨损伤病症又以大段骨缺损最为严重,对于骨缺损通常采用的是自体移植和异体移植[9,10],然而,缺乏合适的骨源以及需要进行多次手术加重病人负担都是自体骨移植不可避免的问题,异体骨移植虽然避免了以上问题,但异体骨的筛选、存储是个艰难的过程,后期的潜在排斥反应更是令病人苦不堪言。人们试图寻找性能理想的骨修复替代材料避免自体移植和异体移植出现的各种问题。然而怎样才能获得生物性能优良、力学性能优异的的骨修复替代材料值得深思。

骨修复替代材料在植入人体后主要作用有:在早期支撑骨折部位或起固定作用;对于骨缺损部位作为一种填充材料应用;连接人体关节和骨组织;直接作为骨替代支架应用于大段骨缺损等[11,12]。为了降低骨修复替代材料植入后的失败率,研究适用于临床的骨修复活性材料迫在眉睫。

理想的骨修复材料应该具备以下性能[13,14]:

(1)良好的生物相容性:成骨性能主要看成骨细胞在材料表面的粘附、增殖和分化情况,而这又取决于骨修复材料是否具有良好的生物相容性。材料表面与骨组织产生的理化反应直接决定了其骨键合效果[15]。之前的研究发现,表面粗糙度大和比表面积高可以产生优异的表面生物活性[16,17]。

(2)具有良好的可塑性和机械强度:力学性能要与人骨相当避免再次骨折,同时要为不同植入部位提供支撑就必须具有一定可塑性。

(3)具有良好的生物降解吸收性及合适的降解率:植入材料的降解率应该与新生组织的生长速率相匹配,与此同时,要确保周围细胞不会受降解产物的影响。

(4)具有三维立体多孔结构和高孔隙率:相互连通的大孔结构以及高的孔隙率更适合细胞的生长,同时有助于血管和新生组织长入。营养物质可以不断传输,代谢产物也可以及时排出。

2常用的骨修复生物活性材料

Ca-Si基生物陶瓷作为最有潜力的骨组织修复替代材料广泛应用,Ca-Si基生物陶瓷比羟基磷灰石(HAp)有更好的生物相容性和机械强度。CaSiO3是典型的Ca-Si基生物陶瓷[18],因其能够释放促进骨修复的钙离子(Ca2+)和硅酸根离子(SiO32-),具有良好的生物活性,在骨组织修复及植入体涂层应用中具有独特的优势[19–22]。但是,CaSiO3生物陶瓷的使用中存在一些问题,尤其是降解速度快。在人体中的快速降解导致高浓度的离子释放不仅会使支架的力学强度显著降低,同时也会造成周围环境的pH明显上升,破坏细胞的正常生长环境[23,24],影响了植入体与宿主骨的结合。

据报道锌与骨代谢有关[25]。锌可以刺激人体和动物的骨形成,增加骨蛋白质,钙含量和碱性磷酸酶活性[26,27]。伊藤等人[28]发现Zn在双相磷酸三钙(Zn-TCP)-磷灰石陶瓷中能够增强细胞增殖。此外,含钙的钙磷陶瓷可增强骨传导性,并具有促进骨形成的药物作用[29,30]。最近,Ikeuchi等人[31]报道ZnTCP/HAp陶瓷促进骨髓细胞成骨分化。另外,制备了混合Zn-Ca-Si聚链烯酸酯骨水泥,具有骨修复材料的潜在应用[32]。为了提高Ca-Si基材料的化学稳定性,调控其降解速度,近年来,研究者们将锌(Zn)加入到Ca-Si基体系中形成锌黄长石(Hardystonite,Ca2ZnSi2O7),简称HT[33]。和临床使用的HAp相比,HT具有更高的弯曲强度和断裂韧性,与CaSiO3相比具有更好的化学稳定性[34]。综上,HT优异的力学性能和相对较高的化学稳定性能够在植入早期为细胞和组织生长提供更佳的力学支持,并且HT是含有Ca、Zn和Si的矿物,考虑其化学成分用作生物材料是生物相容的。

参考文献

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