骨组织修复材料(7)

2020-02-21 09:50

增加,其密度也增加,弹性模量可从1GPa提高到9MPa,由于该复合材料的弹性模量处于自然骨杨氏模量范围之内,具有极好的力学相容性,并且具有引导新骨形成的功能。AW玻璃陶瓷和生物玻璃增强HDPE复合材料具有与HA增强HDPE复合材料相似的力学性能和生物学性能,复合材料在37℃的SBF溶液中体外实验研究表明,在其表面可形成磷灰石层,通过控制和调整AW玻璃陶瓷和生物 玻璃的含量,使其满足不同临床应用的要求。聚乳酸具有良好的生物相容性和可降解性,但材料还缺乏骨结合能力,对X线具有穿透性,不便于临床上显影观察。将聚乳酸与HA颗粒复合有助于提高材料的初始硬度和刚性,延缓材料的早期降解速度,便于骨折早期愈合。随着聚乳酸的降解吸收,HA在体内逐渐转化为自然骨组织,从而提高材料的骨结合能力和材料的生物相容性;此外还可提高材料对X-射线的阻拒作用,便于临床显影观察 [18] 。 3 HA/胶原复合骨修复材料

胶原是机体生命的最根本的基质,它具有以脯氨酸等中性氨基酸和含有碱性或酸性侧链的氨基酸蛋白质的结构和特性。选用与自然骨有机质更接近的胶原与HA复合,这样植入材料就能和受骨的骨胶原末端的胺基和羟基相结合,形成具有生物活性的化学性结合界面,从而发挥其正常的生理功能。目前研究已证实,胶原与多孔羟基磷灰石陶瓷复合,其强度比HA陶瓷提高2~3倍,胶原膜有利于孔隙内新生骨生长,植入狗的股骨后仅4周,新骨即已充满所有大的孔隙。胶原与颗粒状HA复合已成为克服牙槽嵴萎缩的最理想材料。HA-胶原复合

材料已得到广泛、深入的研究与开发 [19] 。

当HA与胶原质量比为4.5∶1时,HA形成时间可由4.5~5h缩短到2.5~3h。研究表明脱矿胶原基质对溶液中的Ca、P具有诱导吸附作用,并符合传统的成核理论,胶原表面的非均相成核可降低HA晶核的临界能或表面能,胶原纤维在溶胶中的出现缩短了HA形成的最初时间。冷冻干燥后的复合材料SEM分析表明,HA晶粒沉积在胶原纤维表面,胶原纤维为HA的形成提供了成核的模板或成核的位置,并能降低其成核能,对HA形成起到加速作用。复合材料的抗弯强度达7~12.5Mpa,弹性模量为0.2~1.7GPa,HA-胶原复合材料的断裂功为0.51kj/m 2 ,与HA陶瓷和自然骨相比,高于纯HA(0.07kj/m 2 ),而略低于自然骨 [20] 。

天津市口腔医院曾对控制析出法制备的纳米尺寸羟基磷灰石胶原复合人工骨材料进行修复家兔颅颌面实验性穿通型骨缺损研究。纳米羟基磷灰石晶体/胶原复合骨材料中,胶原蛋白占总质量的35%,与天然骨成分接近,结构和形貌图谱分析亦与天然骨类似。该复合材料植入动物体内实验表明:术后10周发现骨创区形成一薄层骨片,中心区0.2cm为骨性连合,形成硬纤维膜。术后12周,复合材料形成的骨创区形成骨性桥接,骨创关闭。组织切片观察,复合材料植入区成骨细胞、软骨细胞生长活跃,类骨质丰富,成骨细胞呈立方形状成排或成环状排列于骨小梁表面,缺损区有骨性填充,有骨岛出现甚至形成骨性桥接。这是由于纳米级羟基磷灰石结晶均匀沉积于胶原蛋白上,便于被机体组织和细胞识别和利用,胶原蛋白诱导组织细胞生长的生

物学特性以及作为骨组织的天然基质促进了细胞的分化、增殖、粘附、成熟,生成类骨质进而矿化,加快了骨创的愈合及折骨的生长 [21] 。 4 n-HA/聚酰胺复合骨修复材料

羟基磷灰石(HA)是构成人体硬组织的主要无机质,它无毒、无刺激、无任何不良反应,具有良好的生物相容性和生物活性。其表面带有极性,与人体细胞、多糖和蛋白质能以氢键结合,与机体组织有较强的亲和力。羟基磷灰石不但能起到钙盐沉积的支架作用,而且还能诱导新骨的形成,能直接和人体软、硬组织形成键合,在骨骼修复和替换中正在发挥越来越重要的作用。然而羟基磷灰石生物陶瓷的脆性和不易于手术赋形特点,限制了它在临床上的广泛应用。为提高羟基磷灰石的韧性和线型加工性能,可以把羟基磷灰石和高分子复合,制备新型有良好机械力学性能和生物活性的可承力的骨修复和替代材料。传统的复合方法很难实现既提高羟基磷灰石在复合材料中的含量,同时又保证复合材料两相间的界面结合和力学强度,因而有必要采用纳米级羟基磷灰石和聚合物复合,来制备纳米生物医用复合材料。聚酰胺(PA)由于和人体的胶原蛋白在分子结构上十分相似,所以和人体组织有良好的相容性,是一类优良的医用高分子材料,且具有较高的韧性和强度,在临床有广泛而长期的应用,如医用缝线、复合人工皮等。由于在其主链上含有许多重复的极性酰胺基团(-HN-C=O),以及链两端的极性基团(-NH 2 ,-COOH),因而它是一类极性聚合物,与极性的无机磷酸钙材料相容性好 [22,23] 。 自然骨中磷灰石含量在65wt%左右,并有序沉淀于胶原基体中,但

目前报道的一般合成方法很难获得一种高度HA含量的生物活性复合材料。李玉宝等人用常压共溶法制备了磷灰石/聚酰胺复合材料。结果表明,磷灰石在复合材料中的含量可达65wt%左右,接近自然骨中磷灰石的水平。在复合材料的两相界面间形成了化学键;此种复合材料的性能,特别是抗压、抗弯强度和弹性模量与人体皮质骨类似 [24] 。动物实验结果表明:磷灰石/聚酰胺复合材料具有优异的生物活性和力学性能,与自然骨能形成牢固的生物性的骨键合。在狗的软组织中还发现该种材料有诱导软骨的特性,是一种较为理想的新型骨修复材料 [17] 。

在该复合材料中,n-HA含量高于同类产品,因而具有很高的生物活性;n-HA在复合材料中分布均匀;n-HA与PA66之间既有化学键合又有分子间的相互作用,使复合材料能更好地传递外应力,达到既增强又增韧的目的。n-HA/PA66复合材料具有良好的生物活性和力学性能,是一种优良的人工骨材料 [25] 。该人工骨材料在骨的愈合、塑形整个过程可持续给予骨缺损(尤其是大段骨缺损)部位坚强的力学支持,可缩短住院时间,使成功修复大段骨缺损的临床愿望得以实现。对经过灭菌的n-HA/PA66复合材料进行毒性测试、溶血测试、刺激测试等,表明n-HA/PA66复合材料无毒,无刺激,生物安全性好。长耳兔的牙、脊椎、颅骨等植入实验显示,n-HA/PA66复合材料具有良好的生物相容性和生物活性,动物临床试验已完成。临床人体骨修复研究结果表明,20余例手术效果优良,并取得突破性成果。目前,该人工骨正进入临床使用阶段 [26] 。

5 展望

随着现代科学技术的飞速发展,生物医用复合材料将愈来愈显示其重要作用。纳米技术的应用为生物医用复合材料的研究带来突破性的成果。生物医用无机与有机高分子复合材料的研究与开发,目前还处于起步阶段,用于临床的复合材料仍然很少。人工骨的临床应用虽然已有较长时间,但大多也仅仅是用作充填材料,同真正意义上的人工骨还有距离。生物医用复合材料已成为生物医用材料研究和发展中最活跃的领域。目前,这种新型生物医用符合材料正在与药物、基因、蛋白和生长因子等相结合,使生物医用材料又走向生物医药材料这一崭新领域。

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zhangwj (站内联系TA)

顶~~我帮你设置~~我就不能评价了~~呵呵 薰衣草儿 (站内联系TA) 支持一下,怎么不能评分?:( dengmao (站内联系TA)

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