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磷酸钙骨水泥的研究和临床应用进展
近年来,生物活性材料在医学领域中获得了广泛应用,其中对骨缺损如何填充和修复一直是生物材料的研究热点.磷酸钙骨水泥(Calcium Phosphate Cement.简称CPC)是一种自固型非陶瓷型羟基磷灰石类人工骨材料,1985年由Brown和Chow首先研制出用于骨移植和修复.由于其具有良好的生物相容性和骨传导性、生物安全性、能任意塑形、缓慢降解、在固化过程中放热量低,CPC适应了临床修复骨缺损的需要.随着对CPC的研究进一步深入和展开,取得了许多成果,现就目前磷酸钙骨水泥的研究和临床应用进展综述如下.
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骨移植材料的现状和研究进展
创伤引起的骨不连、骨缺损的处理和骨肿瘤的保肢治疗以及一些重建手术往往都涉及植骨的问题.骨移植技术的应用使得这些棘手的问题得到了一定的解决.目前临床应用的骨移植材料有自体骨、异体骨以及各种人工合成的移植材料替代物,而干细胞、骨形成蛋白(bone morphogenetic proteins,BMPs)和各种生长因子复合植骨材料也已进入了临床研究阶段,所有这些骨移植材料都至少具备了以下的一种生物学特性:(1)骨传导性(osteoconduction):为血管的长入和新骨的形成提供一个支架;(2)骨诱导性(osteoinduction):内含成骨诱导蛋白,能够刺激植骨区周围的间充质干细胞向成软骨细胞或成骨细胞分化,形成新骨;(3)成骨作用(osteogenesis):内含有骨原细胞(成骨细胞或者骨祖细胞),一旦植入合适的环境就能够直接形成新骨[1].医生根据手术的要求选择合适的植骨材料,认识和了解各种移植材料的特性及其存在的问题对合理选择植骨材料尤其重要.
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异体骨移植材料的现状和产品质量规范
创伤引起的骨不连、骨缺损的处理和骨肿瘤的保肢治疗以及一些重建手术往往都涉及植骨问题,骨移植技术的应用有望使这项难题得到较满意的解决.目前临床应用的骨移植材料有自体骨、异体骨以及各种人工合成的移植材料替代物,而干细胞、骨形成蛋白(BMPs)和各种生因子复合植骨材料也已进入了临床研究阶段.所有这些骨移植材料都至少具备了以下的一种生物学特性:(1)骨传导性:为血管的长入和新骨的形成提供支架;(2)骨诱导性:内含成骨诱导蛋白,能够刺激植骨区周围的间充质干细胞向成软骨细胞或成骨细胞分化,形成新骨;(3)成骨作用:内含有骨原细胞(成骨细胞或骨祖细胞),一旦植入合适的环境就能够直接形成新骨.医生可根据手术要求选择合适的植骨材料.
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同种异体组织移植在骨科应用的现状和前景
同种异体骨移植骨移植是指用手术方法将各种骨组织或材料移植到人体内骨骼缺损、需要加强或融合的部位,是目前骨科临床上广泛应用的一种手术方法,用于创伤、肿瘤或骨病所致骨缺损的填充、辅助骨折的愈合和脊柱的融合.移植骨的生物学功能包括:(1)骨传导性:为血管的长入和新骨的形成提供一个支架.软骨细胞或成骨细胞分化,形成新骨.(3)成骨作用:内含有骨原细胞(成骨细胞或者骨祖细胞),一旦植入合适的环境就能够直接形成新骨.
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磷酸钙陶瓷的理化性能与宿主组织的关系
磷酸钙陶瓷如磷酸三钙(TCP)和羟基磷灰石(HA)是常用人工骨替代材料。这些材料具有不同的理化性能,因而能与宿主组织发生不同的反应。多孔性、骨传导性、生物相容性均是研制人工骨替代材料时要考虑的重要因素。本文介绍了磷酸钙陶瓷的理化性能与宿主组织之间的关系。
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跑步锻炼大鼠缺损股骨干内的骨质生长
背景:研究已经证实,力学刺激能够促进骨折的愈合。但是,跑步锻炼所产生的力学刺激能否增加骨材料的骨传导性和促进骨缺损的愈合尚不清楚。
目的:观察跑步锻炼所产生的间接力学刺激对骨缺损愈合和骨材料成骨性能的影响。
方法:在12周龄SD大鼠左股骨远端制作一个直径3 mm、高3 mm的缺损,然后在缺损内塞入同等大小的硫酸钙支架材料。实验组于术后1周开始以10 m/min,45 min/d,5 d/周的策略进行跑步锻炼,持续3周;对照组不给予跑步锻炼。
结果与结论:通过micro-CT分析得到,术后1周时,实验组和对照组的骨缺损内已经有少量的新骨形成。在2,3,4周时,实验组骨缺损内新骨生成量明显高于对照组,差异有显著性意义(P<0.05)。在4周时,组织学切片结果也说明实验组新骨生成情况明显优于对照组。另外,给予跑步锻炼之后,实验组骨缺损内生成的新骨骨密度高于对照组,但差异无显著性意义(P>0.05)。结果表明,适度的跑步锻炼确实能够增加骨材料的成骨性能和加速骨缺损的愈合。 -
仿生双相陶瓷生物活性骨应用于节段性骨缺损修复
背景:生物陶瓷具有理想的孔径及高的孔隙率、通孔率,能为骨修复细胞提供了理想的生理活动空间,可明显提高骨传导性。目的:探索仿生双相陶瓷生物活性骨在阶段性骨缺损修复中的骨传导性和骨诱导性。方法:将20只新西兰白兔随机等分为生物活性玻璃组和仿生双相陶瓷生物活性骨组,均构建动物桡骨损伤模型后,分别予以生物活性玻璃修复和仿生双相陶瓷生物活性骨修复。结果与结论:造模后4周仿生双相陶瓷生物活性骨组经扫描电镜观察已经形成较为致密的骨膜样组织;造模后8周,形成密集结合部,经观察基本不存在明显的裂隙;造模后12周,完全成骨分界已经模糊不清,呈现出自然的过渡情况,且结合部十分密集,存在数量较多的新生骨组织,骨小梁呈规则状态,且连接成片,且骨材料大部分已经降解,骨组缺损得到完全修复,密度与正常骨十分接近。造模后8周生物活性玻璃组经观察,结合部位存在明显裂隙;造模后12周观察,裂隙已出现连接,但较之仿生双相陶瓷生物活性骨组结合不够紧密,骨缺损得到初步修复,可见数量较少的新生骨组织,形成骨小梁,但无法连接或者贯通,未出现明显骨髓腔再通,可见少量连续性骨痂通过断端。表明仿生双相陶瓷生物活性骨修复节段性骨缺损具有良好的骨传导性、骨诱导性及生物相容性。
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生物吸收性多孔碳酸化羟基磷灰石支架的骨传导性体外研究
目的:通过体外实验对新型生物吸收性多孔碳酸化羟基磷灰石(CAP)支架材料的骨传导性进行评价。方法:体外分离培养大鼠骨髓间充质干细胞,向成骨诱导后,定植于不同孔隙率及不同碳酸根含量的CAP支架材料上共同培养,通过扫描电镜、细胞黏附及增殖检测(MTT法)、碱性磷酸酶(ALP)定量检测、骨钙素(OCN)定量检测,评价成骨细胞在支架材料上的附着、增殖和分化情况。结果:成骨细胞定植于不同孔隙率及碳酸根含量的支架材料上,4 h均已开始黏附、且增殖情况良好。分化实验中,ALP和OCN在各组支架材料分化良好。不同孔隙率支架材料组间比较,40%孔隙率的实验组对ALP分化的促进作用有明显优势。结论:CAP支架材料有良好的生物相容性和骨传导性,是一种良好的组织工程支架材料。
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骨组织工程的基质材料
在组织工程学中,种子细胞必须依赖于细胞外基质才能发挥功能,因此寻求理想的基质材料是骨组织工程研究的重点课题.其基本要求是:(1)良好的生物相容性和可降解性;(2)良好的骨诱导性和骨传导性;(3)高细胞渗透性;(4)表面的化学性质与微结构能支持骨细胞的生长和功能分化;(5)能与其它活性分子如骨形态发生蛋白(BMP)、转移生长因子-β(TGF-β)复合共同诱导骨的发生;(6)易消毒性.
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微波加热对大鼠骨传导性及诱导性的影响
目的:根据骨组织经微波处理后成骨能力的变化,探讨微波对骨传导性及诱导性的影响.方法:实验大鼠10只,取每只鼠左胫骨,锯成相等的移植骨4块,每块约0.5cm,加以标记.然后从每只鼠中各取1块,分成四组.Ⅰ组不加热作为阳性对照组;Ⅱ组用微波加热60℃ 10min;Ⅲ组用微波加热60℃ 15min;Ⅳ组水浴加热100℃ 30min作为阴性对照.然后将加热的骨块经脱脂、脱钙水洗后制成完全脱钙骨基质,再移植于自体腹部肌肉内.21天后将移植物取出并进行组织学分析.观察微波加热后骨传导性及骨诱导性的变化.结果:Ⅱ、Ⅲ组微波加热后组织学改变与阳性对照组的Ⅰ组相似.植入的脱钙骨基质诱导新骨生成,组织切片内见大量新生的软骨细胞、骨细胞及类骨质,部分切片看到明显的骨小梁,但三者间差异无显著性意义;Ⅳ组仅看到形成大量纤维结缔组织,无明显骨及软骨形成.结论:微波加热后,脱钙骨基质的骨生长因子无明显破坏,能诱导新骨产生,因此保存了骨的传导性及诱导性.说明体外微波加热可应用于骨肿瘤的保肢手术.
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羟磷灰石类生物材料研究进展
羟磷灰石(Hydroxyapatite,简称HAP)是哺乳动物体内硬组织的主要无机成份,分子式为Ca10(PO4)6(OH)2.自从70年代初日本的青木秀希和美国的Jarcho成功地人工合成羟磷灰石以来,以人工合成的羟磷灰石材料作为硬组织的修复体或置换材料成了近三十年来生物材料研究领域的热门课题.人工合成的羟磷灰石具有优良的生物相容性,能与骨组织紧密接触,具有良好的骨传导性,并对新骨生长有一定的诱导作用[1,2].然而,纯羟磷石用于硬组织置换还存在一些不足,比如物理机械性能不理想、脆性大、骨诱导作用弱等,从而大大局限了它的应用范围.针对纯羟磷灰石的不足,从80年代开始许多学者从羟磷灰石分子结构及仿生学等角度出发,以人工合成的羟磷灰石为基础,采用离子置换法或有机、无机材料掺杂、复合等方法,改进材料的物理机械性能及表面、整体生物活性,探索更适合于临床应用的骨修复及骨置换材料.本文就近十年来国内外文献中有关羟磷灰石类生物材料改性研究方面作一综述.
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脱钙骨基质的临床应用与研究进展
创伤引起的骨不连、骨缺损的处理和骨肿瘤的保肢治疗以及一些重建手术往往都涉及植骨的问题.目前临床应用的骨移植材料有自体骨、异体骨以及各种人工合成的移植材料替代物,而干细胞、骨形成蛋白(bonemorphogentic proteins,BMPs)和各种生长因子合植骨材料也已进入了临床研究阶段,所有这些骨移植材料都至少具备了以下的一种生物学特性:①骨传导性;②骨诱导性;③成骨作用[1].
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磷酸钙骨水泥改性研究进展
磷酸钙骨水泥(calcium phosphate cement,CPC),又称为羟基磷灰石骨水泥(hydroxy apatite cement,HAC),是由Brown和Chow首先研制出来的一种自固型非陶瓷羟基磷灰石类人工骨材料[1].因其具有良好的生物相容性和骨传导性、生物安全性、能任意塑形、在固化过程中的等温性,CPC作为一种新型的骨组织修复和替代材料,受到了国内外众多学Ё者的广泛关注,已成为临床组织修复领域研究和应用的热点之一.
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促磷酸钙骨水泥吸收的研究进展
自固化磷酸钙骨水泥(CPC)自问世以来就备受关注.LeGeros[1]曾总结其生物学特性有:(1)与骨矿物化学结构相似性;(2)可吸收性;(3)生物活性;(4)促进细胞功能表达;(5)骨传导性.但是和天然骨相比,CPC降解速度慢、没有韧性及约束力、不适合承重骨修复等不足使其临床应用受到很大限制.促进CPC吸收是当前CPC研究的热点之一.
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生物活性玻璃复合材料研究进展
生物玻璃是指具有与骨组织形成化学性结合能力的生物活性玻璃,是一种与骨组织和软组织均有良好的结合能力,在植入体内后生物活性玻璃表面即与体液发生离子反应,终在玻璃表面形成类似骨中无机矿物的低结晶度碳酸羟基磷灰石层(HCA),因化学组成与生物体的骨骼相似,容易与周围的骨骼形成牢固的化学键合即骨性结合,具有优良的骨诱导性、骨传导性及生物相容性,已成为材料科学、医学以及生物科学等学科的热点,越来越受到人们的重视,特别是生物活性玻璃复合材料的研发成功,更是给人类健康带来了又一突破性进展,广泛开展生物活性玻璃复合材料的研究具有重要的理论价值和应用价值[1-3].
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骨移植替代材料在脊柱外科中的应用
脊柱手术中应用骨移植材料促进骨融合、增强脊柱的稳定性.自体骨移植虽然是脊柱融合的金标准,但自体骨移植数量有限、取骨延长手术时间、增加取骨区的并发症.因此多年来脊柱外科医生和生物骨材料学者一直致力于自体骨移植替代材料的研究,目前脊柱外科应用的自体骨移植的替代物主要分为天然材料和合成材料两种,虽然目前这些替代物没有一种同时具有自体骨移植的三种基本特性(成骨性、骨传导性和骨诱导性),但在许多情况下证实有临床应用价值,如自体骨数量不足时,骨替代物可补充自体骨的不足;骨移植替代物在具有可接受的融合率时,也可替代取自体骨,避免自体骨取骨区的各种并发症.本文就自体骨移植替代材料在脊柱外科的应用进行综述.
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骨缺损修复材料的研究进展
创伤、感染、肿瘤、先天性疾病等常导致骨缺损,对其进行修复重建的目的是尽可能迅速、完全地恢复骨的结构和功能.自体骨移植是治疗骨缺损的好方法,但其增加创伤,来源有限,取骨区有一定的并发症.为了解决这些问题,人们开始研究可替代自体骨移植用作骨缺损修复的材料.理想的骨缺损修复材料应该具有以下特性:(1)良好的生物相容性;(2)足够的力学性能和良好的生物力学适应性;(3)骨传导性;(4)骨诱导性;(5)提供成骨细胞,直接成骨;(6)良好的材料-骨组织界面;(7)可塑形.目前临床应用的骨修复材料中没有一种能符合上述全部条件,只是具备上述条件中的一部分,但在临床应用中,对骨缺损的修复,往往只需满足部分条件即可,我们可以根据修复对象的具体情况选取合适的材料.现将近年来几类材料的研究综合讨论如下.
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纳米羟基磷灰石复合材料在骨组织工程的应用
骨修复与再生是骨科、整形外科、口腔科等常见的临床问题,目前修复骨缺损的方法有自体骨移植、异体骨移植及人工合成骨修复等.虽然自体骨移植具有良好的生物相容性、骨诱导性及骨传导性被认为现有的较理想的骨修复方式,但仍存在供骨来源受限、取骨创伤及植骨后并发症多等缺陷[1].异体骨移植也具有良好的骨诱导作用,但其易发生免疫排斥反应及潜在传播疾病的危险等限制了它在临床上的应用[2].于是,人们将目光投注到组织工程骨上,期望能找到一种好的骨替代修复材料.研究者们对多种硬组织替代用羟基磷灰石(HA)复合材料进行测试,仍然没有一种材料能够完全满足硬组织种植体的需要,HA与聚合物的复合存在模量和强度偏低、降解产物具有潜在毒性等多种缺点[3].
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皮下翻转筋膜瓣修复髂骨取骨处创面5例报道
自体髂骨以其良好的组织相容性、骨传导性及骨诱导性,多年以来一直是治疗骨缺损、骨肿瘤、脊柱及关节融合等骨科手术的首选,被认为是骨移植中的"金标准"[1].尽管术后髂骨供骨区很少发生灾难性的损伤,但操作不当也会引起许多并发症,如取骨区疼痛、股外侧皮神经损伤、切口血肿、取骨区感染及取骨区骨折等,其中髂骨取骨区创面形成是一种相对少见的供区并发症.由于创面深,且常有窦道形成及潜在空腔,常规清创缝合后创面愈合困难(图1).2006年10月至2011年10月,本院对收治的5例髂骨供区创面患者采用皮下翻转筋膜瓣治疗,取得了良好的手术效果,现报道如下.
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珊瑚羟基磷灰石圆柱体骨传导能力的初步动物研究
目的:通过将可降解珊瑚羟基磷灰石圆柱体植入大白兔股骨远中极限骨缺损中,探讨珊瑚羟基磷灰石圆柱体新骨的形成情况,为种植体植入的时机提供参考.方法:将30只新西兰大白兔分为实验组24只和对照组6只.实验组,在兔子股骨远中干骺端植入48块珊瑚羟基磷灰石,在4周、8周、12周时分别处死8只,行大体标本观察和组织学分析;对照组,饲养至12周时全部处死,行相应分析.结果:实验组24只大白兔均愈合良好,4周时仅植入物边缘有少量新骨形成,8周时植入物中心有明显新生骨长入,12周时植入物边缘与中心新骨形成均增加.实验组新生骨面积百分比,4周与8周之间差异具有统计学意义,8周与12周时无明显差别.对照组缺损中心仅有少量炎症细胞和成纤维细胞长入,无骨组织形成.结论:可降解珊瑚羟基磷灰石圆柱体植入兔子股骨远中极限骨缺损中后愈合良好,8周时骨块中心有新骨显著形成,此时,适合种植体的植入.
关键词: 珊瑚羟基磷灰石圆柱体 极限骨缺损 新骨面积百分比 骨传导性