骨组织修复研究进展

4.5 硫酸钙小结


硫酸钙作为一种传统的骨科材料，不仅仅被用作石膏来固定骨折， 同时被当作骨移植替代材料来修复各种骨缺损。
硫酸钙具有诸多理想的骨移植替代材料的特点：①能在体内被完 全吸收。②具有良好的生物相容性与可成形性。③可作为新骨生长的 支架，能够填补骨缺损以及防止周围软组织快速长人。④能够激活成 骨细胞活性，诱导成骨。⑤能够作为药物的缓、控释载体。⑥灭菌方 便、自然界中蕴含量丰富等。 因此，硫酸钙是具有广阔应用前景的、可作为骨移植的替代材料。 当然，硫酸钙还存在生物力学性能欠佳、降解速度稍快，不能单独作 为支架材料用于骨缺损修复等缺点。

5.骨再生的研究现状分析
骨缺损是临床上较为常见 的疾病，传统临床治疗方法主 要有自体骨移植与同种异体骨 移植，但自体骨移植与同种异 体骨移植均存在一定的治疗缺 陷，如自体骨移植存在供区并 发症与来源有限等缺点，同种 异体移植存在并发疾病传播和 免疫排斥风险；而骨组织工程 虽然有其自身的局限性，但因 其可限制异体移植引发的疾病 传播、避免免疫排斥反应等已 逐渐成为一种新的治疗骨缺损 的模式。
骨组织修复最新研究进展
小组成员：曹俊杰 李俊松 陈海洋 唐银宏
1.丝蛋白
丝蛋白，又名丝素蛋白，属线 状蛋白质，具有抗蛋自水解酶、抗 紫外线，而且以其显著的柔韧性、 抗疲劳和与钢材相似的张力强度， 高温下的热稳定性，在酸碱条件下 的稳定性，在一50℃～60℃的温度 范围内保持有良好的弹性等．
丝蛋白以其良好的生物相容性 和生物降解性成为生物医药材料中 的重要天然材料．以其高纯度、低 价格等优点，在生物医药材料上的 有广阔的应用前景．主要包括：药 物载体、骨骼与软骨组织修复材料、 神经与血管移植等．
4.4 硫酸钙作为药物载体治疗感染性骨缺损
感染性骨缺损、骨髓炎是 骨科临床经常遇到的难题，因 其容易反复发作，久治不愈， 骨质反复遭到破坏，并形成死 骨，往往需经历多次的外科手 术。
硫酸钙可用作抗生素的载 体，能够定点用药，在局部形 成较高的药物浓度，有效的抑 制细菌生长，全身副作用小。 硫酸钙材料在体内可以完 全吸收、降解，能够有效的填 充清创后的骨缺损死腔，具有 良好的生物相容性、力学强度、 骨传导能力、成骨能力。

1.1 丝蛋白在骨组织修复中的应用
骨骼与软骨组织是坚硬的 结缔组织，由细胞、纤维和基 质构成．而丝蛋白在这之中起 到的支架作用尤其重要．其优 异的机械性能、较低的炎症反 应、缓慢生物降解性能和完善 的生物相容性能，使其必然会 成为骨骼与软骨组织修复材料 中的主要材料之一．
1.2 丝蛋白应用的实例1
2.2透明质酸与生物因子结合对软骨及骨缺损修复应 用
1.促进软骨细胞的增殖
透明质酸本身带负电荷，有较强的亲水性和高黏附性， 与软骨细胞之间有较强的亲和力。而且还具有软骨诱导功 能，能为关节软骨细胞提供营养，参与蛋白多糖聚合物的 合成，通过糖蛋白多糖在软骨细胞表面起构建作用，还能 促进表层关节的增生，维持未钙化软骨的厚度，对发生退 行性变的关节软骨在一定程度上具有促进其修复的作用.
4.硫酸钙
自上世纪80年代以来，人们开 始研究人工骨材料，从而使得骨修 复生物材料学蓬勃发展心。人们期 望能够获得一种具有良好组织相容 性、成骨活性、生物力学强度及与 自体骨相近的替代材料。硫酸钙作 为一种在临床上广泛应用的人工骨 支架材料，它具有良好的生物相容 性与降解性能、来源充足、灭菌方 便等特点，被美国食品药品管理局 (FDA) 批准应用于临床骨缺损的治 疗。


骨组织工程涉及的主要因素主要包括种子细胞、生物支架材料与生长因 子，种子细胞为骨组织工程形态与组织重建的基础，生物支架材料是骨组织 工程的关键因素。
生物支架材料为种子细胞提供有效的细胞外基质环境，是种子细胞与生 长因子的有效载体。

另一方面，支架材料为骨修复或新骨的生长提供有效的支撑作用，其支 架材料的研究是骨组织工程的重点研究对象，生长因子主要为支架材料提供 有效的调节作用。


4.2 硫酸钙在修复四肢骨缺损的临床应用
临床研究发现，硫酸钙或 硫酸钙复合物植入缺损部位后 能够完全降解，并且在其降解 过程中，能够同时诱导新骨的 形成。作为良好的填充材料， 硫酸钙植入由创伤、肿瘤等疾 病引起的骨缺损部位，不会产 生炎症反应，并且术后不易复 发。
目前的观点是，硫酸钙是 一种安全、有效的骨移植替代 材料，它能够有效的阻止周围 软组织快速长入，为骨组织的 再生提供时间以及良好的环境。
5.5骨组织工程
天然聚合物的细胞兼容性与生物活性，通常是优于合成聚合物， 但是天然聚合物与有机合成聚合物机械性能相对是较差的，且降解速 度无法控制。另一方面，生物降解合成材料(包括脂肪族聚酯)已经被 应用于骨软骨支架材料，依赖这个合成条件，其机械性能也容易去控 制。
3.磷酸钙
磷酸钙作为生物体硬组织中主要的无机成分 ,具有良 好的生物相容性、生物活性及生物可降解性 ,广泛应用于 骨组织与牙齿修复和替换、药物输运和控制释放、基因转 染及诊断成像等生物医学领域。人工合成磷酸钙材料的组 成、结构、尺寸、形貌和结晶度等特性均与材料的制备方 法有关,且材料的这些特性对其应用起到决定性作用。因 此 , 发展不同的方法制备出具有特定组成、结构、尺寸、 形貌、结晶度和性能的磷酸钙纳米材料对其应用至关重要。 本文综述近年来在磷酸钙纳米材料的制备、表征、性能和 应用研究方面所取得的最新进展 ,讨论室温制备法、溶剂 热 / 水热合成法、微波辅助快速合成法、静电纺丝法及含 磷生物分子磷源合成法等制备方法 ,分析磷酸钙纳米材料 的性能及其在药物装载和可控释放、蛋白质吸附及释放、 生物成像等领域的应用 ,展望磷酸钙纳米材料研究领域的 发展趋势。
1.2 丝蛋白应用的实例3
NSunita等研究丝蛋白与金 属钛的功能化应用， mRNA 转运 了钛基体 培养。
1.3 丝蛋白总结
在生物材料领域中，丝蛋白具有极大的开发潜力．
同时，仍然有一些问题需要解决： (1)丝蛋白需要加工成不同的形态，以满足不同的需求； (2)生物降解速率应能控制并且能匹配生物体的生长； (3)表面改性是用来改善丝蛋白材料的生物相容性，生产 临床伎用的丝蛋白材料应具有低免疫原性或无免疫原性； (4)应该研究出更多新的、有价值的丝蛋白材料用于临床 医学．
此外，对于其成骨特性、骨诱导性、 骨传导特性，新鲜自体移植均是最佳的， 且可提供间充质细胞、成骨前体细胞、 成骨细胞以及生长因子。其缺点是，自 体移植必须从自体骨组织获取，从而增 加供体部位疼痛、感染等并发症，且对 于大的骨质缺损，来源有限，限制应用。


5.3同种异体移植
同种异体移植指从同一种属的不同 个体获得，由于自体移植的限制，同种 异体移植已被广泛应用于基础研究与临 床应用，同种异体骨移植包括皮质骨、 松质骨或皮质松质骨的结合，诸如粉末 状、皮质条、松质立方块，以脱钙或未 脱钙、新鲜的、新鲜冷冻的、或冷冻干 燥的形式。
5.1骨组织移植物的类型
骨移植物包括自体移植、异体移植，异种移植及组织工程 材料，自体移植由于来源有限及感染等并发症，限制临床 应用。
因此，其它类型的移植物被引入，以克服自体移植的局限 性是非常必要的。研究分析，所有的移植物均具有不同的 局限性。
5.2自体移植
自体移植指从个体自身一个部位获 得组织移植于另一个部位，它们可以是 松质骨、皮质骨或皮质骨与松质骨结合， 新鲜的自体移植包含存活细胞和骨诱导 蛋白质，如 BMP-2 、 BMP一 7、 FGF及 IGF 等。 从生物学的角度来讲，自体移植是 最为理想的移植材料，因为其完全没有 免疫原性，保留了其原有的活性，由于 缺乏免疫源性，因此在移植后可提高与 宿主组织的整合性。
透明质酸改良后的复合物在生物骨组织中的应用
透明质酸易降解，其降解时间与其分子量的大小紧密 相关。因此，要想延长透明质酸分子在机体中的降解时间， 势必要通过化学修饰制备出一种分子量远高于天然透明质 酸钠分子的衍生物，即交联的透明质酸钠衍生物。
透明质酸复合物跟生长因子结合在骨组织中应用
透明质酸是骨修复中生长因子的良好运输载体，但其作为支架的 主要缺陷是它的低细胞黏附性能，而整合素是细胞表面受体的主要家 族，对细胞和细胞外基质的黏附起介导作用.

张锋等的研究充分证明了低降 解速率的丝蛋白支架，其在体内外 骨发生研究方面具有潜在应用价值；
1.2 丝蛋白应用的实例2
谢瑞娟等啕将非水溶性的 丝蛋白加入到磷酸钙骨水泥中， 制成复合粉体，再按一定的液 固比将复合粉体调和成糊状物， 转化为与骨有相似结构的丝蛋 白一磷酸钙骨水泥复合材料。 它具有良好的力学性能和生物 相容性，通过注射器直接注入 手术部位，可准确塑型固化作 为骨修复的充填材料使用；或 者在体外环境中自固化后再植 入体内，作为骨修复的植入材 料使用．
移植的主要优点是，容易获得，避 免牺牲宿主组织，具有良好的骨诱导和 骨传导性，但但缺乏活性细胞，因此， 具有较低的成骨潜能。


同种异体骨移植存在传播疾病的风 险，且其可能导致免疫反应，干扰骨愈 合过程，可能导致移植物的排斥反应， 有研究表明同种异体骨移植是与自体骨 移植相比是欠缺的比
5.4骨组织工程
硫酸钙生物学特性
4．1硫酸钙的生物相容性
大量的动物实验及临床应用发现，硫酸钙植入后对宿主周 围组织无炎症刺激及异物刺激反应，无细胞毒性反应。 4．2硫酸钙在机体内的降解性能 硫酸钙在机体内可以被完全降解、吸收，而且不会对血液 中的钙水平产生明显的影响进一步研究发现，硫酸钙的降 解速率在一定范围内是可预测的、可预期调控的，而控制 分子晶体结构、大小及形态是其关键作用。
透明质酸-整合素，基质可作为生长因子的输送载体，并具有潜 在的临床应用价值。对于透明质酸复合物的研究是现在生物材料研究 的热点，这种复合物结合自身物质的优点，又能弥补自身的不足，有 着其他物质不可比拟的优势，但是这种复合物的组织相容性、炎症反 应和可降解性还没有深入的研究，这可能是今后研究的热点。