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羟基磷灰石——新世纪骨“替身”
2014-07-14 14:12:56 | 编辑: | 【 【打印】【关闭】

  由于疾病、老龄化、交通事故频发等因素的影响,骨损伤病例逐年增加,据统计,我国每年有300万骨科病例,因而骨替代材料的需求不断增加。近些年,以羟基磷灰石为代表的骨替代材料逐渐成为临床应用的宠儿。 

  羟基磷灰石是脊椎动物骨骼和牙齿的主要组成成分,具有良好的生物活性和生物相容性。相对于传统的金属(不锈钢、钛合金)和陶瓷(氧化铝、氮化硅)类骨替代材料,羟基磷灰石不仅抗腐蚀性强、骨诱导生成性强,而且它在体内的降解也消除了前者的安全隐患。目前关于羟基磷灰石在骨替代材料中的研究主要集中在两方面,羟基磷灰石涂层和人体骨仿生再生材料。

  羟基磷灰石涂层是指以钛合金为基底,利用物理化学手段将羟基磷灰石涂覆在其表面制备的硬组织植入材料。该材料植入人体后,钛合金可以提供足够的力学强度,表面的羟基磷灰石涂层易于与人体骨结合,在人体骨表面诱导新骨的生成,一般数月即可诱导新骨的生成。中国科学院上海硅酸盐研究所利用等离子喷涂技术制备的羟基磷灰石涂层,涂层与基底结合强度高,生物活性好,并已应用于人工髋关节等部位,至今制备的羟基磷灰石涂层植入体已有7万余付获得应用,取得了不错的临床效果,如图1所示。但羟基磷灰石涂层存在结合力不够强的缺点,以至于在体内植入后出现涂层脱落的现象,这种问题的解决办法目前仍在不断的探索中。 

      

  1. 部分临床应用的羟基磷灰石涂层骨替代材料与体内成骨实验。(a)羟基磷灰石涂层人工髋关节;(b)植入1月后,新骨生成并填充涂层与骨组织之间的孔隙;(c)植入3月后,新骨被成熟的骨组织替代。 

  人体骨仿生再生材料是指在体外模拟天然骨的形成环境,通过纳米技术获得与天然骨中尺寸相同的纳米羟基磷灰石晶体,并与胶原蛋白复合,在不同尺度上(微观和宏观)实现成分、结构和功能逼真与人体天然骨的新型复合材料。从高分辨电子显微镜和原子力放大镜分析,人体骨骼有一套非常精巧的结构:一束束胶原蛋白与一层层纳米级羟基磷灰石晶体,极为均匀、有序地“镶嵌”在一起,如图2所示。这种多层复合的自组装结构,也让骨骼兼备硬度和抗弯能力,因而模仿人体骨的这种特殊的结构组成理论上可以达到与人体骨相匹配的生物活性和力学相容性。除此之外,胶原蛋白的存在使得这种仿生的骨替代品易于与自体骨组织的快速粘结。目前关于这一方面的研究仍在进行中,由于外界很难精确模仿体内的成骨环境,人体骨仿生的难度仍然很大。由于骨骼中皮质骨和松质骨所承担的作用不同,其在结构组成上仍有些许差别,这无疑也增加了骨仿生的工作量和难度。 

   

  2 人体骨宏观和微观构造 

  无论是羟基磷灰石涂层还是人体骨仿生再生材料,羟基磷灰石都是骨替代材料的关键,它赋予骨抗压强度,是骨组织的主要承力者。另外其诱导新骨生成的能力也是其他材料所无法比拟的。虽然骨替代材料的研究困难重重,但随着纳米与生物技术在医用材料领域的不断渗透,我们相信不久的将来一定可以让患者看到 “断骨再生”的曙光。 

 
 
 
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