CJTER新概念储备：人工骨材料

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人工骨材料

是指可以替代人体骨或者修复骨组织缺损的人工生物材料。当需替换关节或治疗骨断裂时，最理想的方式是通过组织再生功能实现骨的自身修复。然而在许多情形下，人体骨并不能实现自身修复，例如骨组织坏死，骨关节创伤，这时就需要人工骨的帮助。

# 人工骨材料的条件：
1， 具有良好的生物相容性；
2， 具有合适的力学性能；
3，有微孔结构使新生骨组织得以长入；
4， 吸收速度与新骨生长速度大致保持同步；
5)，容易加工成所需的大小和形状；

# 人工骨的作用
1， 骨生成，骨生成材料中包含了具有分化成骨潜能的活细胞，具有骨形成作用；
2，骨传导，植入材料通过促进宿主骨与移植材料表面的结合，引导骨形成；
3，骨诱导，其材料通过提供一种生物刺激，诱导局部细胞或移植的细胞分化形成成熟的成骨细胞。

# 人工骨分类

按材料的结构和性能大致可分为无机材料、有机材料和复合材料。
1，无机材料
使用较多的材料有磷酸钙生物陶瓷、氧化硅生物玻璃、羟基磷灰石等。
（1）近乎惰性的晶体生物陶瓷：无生物活性，植入后与骨组织之间形成纤维膜，易松动脱落。临床上得到广泛应用的是氧化铝，可用作人工髋关节假体部件；
（2）多孔陶瓷：包括多孔多晶氧化铝和羟基磷灰石涂层的金属，其特点为呈生物惰性，但在骨组织长入其缝隙时却形成高度迂曲的曲面，从而提供了机械稳定性；
（3）表面活性陶瓷：生物活性玻璃、玻璃陶瓷和羟基磷灰石，其化学组成与人体骨组织相近，可借助化学键直接与骨结合，即具有生物活性。有一种称为ceravital的玻璃陶瓷，与骨结合性能甚好，已成功地应用于脊柱外科和制造人工骨盆。HA陶瓷多与其他材料复合使用，如HA与自体骨、自体红骨髓、胶原、BMP、同种骨(脱钙骨基质或去抗原自溶脱钙同种骨)、煅石膏、聚合物和氧化铝陶瓷等复合，可克服HA缺乏骨诱导性和颗粒性材料成形困难的缺点。HA植入后不吸收；
（4） 可吸收的陶瓷：在宿主体内逐渐吸收而被形成的新骨替代，以磷酸三钙（TCP）为其代表。TCP之生物学特性与HA大致相同，其优于HA之处为植入后在体内缓慢降解吸收。现多用TCP作为载体复合各种生物活性因子使用，如TCP复合BMP．可发挥骨传导与骨诱导之双重作用。
2，有机材料
这种材料是从动物结缔组织或皮肤中提取的，是进过特殊化学处理的蛋白质物质。由于其中含有某些成骨因子，因而具有较好的诱导成骨能力。此类材料包括胶原、骨形态发生蛋白以及各种成骨因子等。
（1） 胶原
Nehrers 等用UV交联胶原海绵进行软骨组织工程的研究，显示支架支持细胞生长的效果良好。其中Ⅱ型胶原支架上的细胞保持较好表型,并合成较多的糖氨聚糖等胞外基质，Ⅰ型胶原支架上的细胞能很好扩增,但多数呈纤维细胞状的形态，且仅有少量的细胞外基质合成。
（2） α- 聚酯
α- 聚酯为人工合成的有机高分子材料,其中研究较多且结果较理想的材料主要有聚乳酸(polylacticacid ,PLA) 、聚乙醇酸(polygiycolic acid ,PGA) 、聚乳酸- 乙醇酸共聚物( PL GA) 。
（3）骨生长因子
骨生长因子是由骨细胞产生，分泌到骨基质中的一些多肽，它们在骨组织的修复和形成过程中起着重要的调控作用。随着基因工程技术的发展，许多骨生长因子如BMP、bFGF 等已能通过人工基因重组产生。目前还存在的问题是:
= 弄清各种生长因子各自的生物学特性以及多种生长因子联合应用时的成骨效应、释放顺序等;
= 选择出最理想的骨生长因子的释放方式;
= 对其应用的安全性、功效及可靠性建立明确的定义及期望, 以便尽早应用于临床。
3 复合材料
由于无机材料不易被吸收，尤其是经高温灼烧的无机材料，植入后与周围组织的界面长期存在；而有机材料虽然诱导成骨性能较好，但植入早期缺乏足够的力学强度，且提取量较少；因而人工骨的研究趋向有向复合材料发展，即使材料含有有机和无机两种成分，使之兼具二者的优点。
（1） 磷酸钙复合人工骨　主要包括TCP 及HA 与胶原、骨生长因子等复合人工骨。肖建德等通过透射电镜和扫描电镜观察了胶原羟基磷灰石(collagehydroxyapatite ,CHA) 诱导成骨的基本过程，观察认为，在成骨过程中，胶原对间质细胞具有趋化作用和促分化作用，HA 起“核心作用”，并参与基质钙化，促进新骨形成。
（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，通过技术加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）红骨髓复合人工骨 骨髓(Bone marrow ,BM)由造血系统和基质系统 两部分组成。人和动物健康红骨髓的基质细胞中含有定向性骨祖细胞( determined osteogenic precursor cells ,DOPC) 和可诱导性骨祖细胞( inducible ostegenic precursor cells , 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。
（4）其它种类的复合人工骨　主要包括两种以上材料组成的人工骨(如陶瓷、胶原与生长因子或有关细胞的复合人工骨) 及与多种生长因子复合的人工骨等。
4 人工骨研制的目标
（1）生物活性物质的来源及其快速稳定的体外培养增殖；
（2）基质材料的生物力学强度，降解率及其与生物活性物质的亲和力；

（3）将控释系统引入基质材料，使基质材料负载的各种生长因子向生物活性细胞定量，持续释放，利于细胞的生长和分化。将BMP基因或bFGF转染骨髓基质细胞后能够显示出强大的成骨能力。对感染或肿瘤截骨术后所致的骨缺损，如基质材料能定量，持续释放相应的抗生素或杀肿瘤药，则临床疗效更佳。

（资料来源：网络信息整理）