固骼生简介 人工合成的骨修复材料

• 材料和方法
- 动物模型: 新西南白兔 (2.0-
3.0kg)
- 缺损: 如右图,自径6mm, 在外侧髁
横穿股骨
- 试验方法:
• 固骼生® • Bio-Oss® (钙磷物资) • 正常骨对照
- 试验周期: 4到 12星期
6 mm
生物力学性能特点
• 在4个星期 – 两个骨修复材料
填充的骨组织硬度都高于正常 骨，反应材料的力学性能。
Particulate Bioglass Compared With Hydroxyapatite as a Bone Graft Substitute
Osteostimulation
与羟基磷灰石的比较
• 材料与方法:
– 成熟兔子 – 缺损在股骨外则髁骨直径为6mm – 试验测试材料: 生物活性玻璃(固骼生组成),
结果 • 成骨细胞的表达
- 对所有试验材料，碱性磷酸 酶活性 都随时间而增加.
- 对所有试验材料，在3天内碱 性磷酸酶活性 都很相似.
- 在更长的时期，在固骼生中 碱性磷酸酶活性水平统计上 高于其它材料。在8天时，碱 性磷酸酶活性 水平比其它材
料要高出3倍。
300 250 200 150 100
50 0 3 days
3000
• 在12个星期
2500
– 固骼生大部分降解，被正常骨 2000 组织所取代，力学性能接近和
类似正常骨。
1500
– 对Bio-Oss 样品，由于材料长 期存在缺损中，硬度保持不变 1000
。
500
在机械负荷下的抗压硬度
0 4-weeks
12-weeks
Normal Bone
NovaBone Bio-Oss
头)
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在种植体材料上成骨细胞的 行为分析和评价
Histological and Biochemical Evaluation of Osteoblasts Cultured on Bioactive Glass,
Hydroxylapatite, Titanium Alloy, and Stainless Steel
固骼生
人工合成的骨修复材料
一种全新的再生材料
• 完全人工合成 – 不用担忧(如用异体异源骨)病菌的传
染，免受二次手术痛苦(如取自体骨).
• 骨传导作用 – 独特的表面性能提供良好的骨支架. • 骨生长促进作用 – 固骼生的离子释放促进整个缺陷
区域的成骨细胞的活性.
• 活化基因表达 –固骼生的离子释放产物活化骨细胞的
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溶液中表面键合层的形成
• 实验方法 – 固骼生固体样品在混有I型胶原纤微蛋 白的Tris缓冲液中培养反应； – 样品反应恒温在37oC； – 用电子扫描电镜观察样品表面。
表面构造
溶液中表面键合层的形成
• 结果 – 24小时
– 羟基磷灰石在表面形 成；
– 胶原纤微蛋白吸附在 表面上
固骼生的组成
• 无定形、非晶态物质 • 可降解的合成颗粒
– 颗粒尺寸范围 90 - 710 微米
• 直接与硬组织和软组织成键结合，而无中间 胶囊层的出现。
• 由硅、钙………………
组成
骨传导作用(Osteoconduction)
由于表面活性导致的表面 构造 ，
材料成为支架使骨沿材料 表面
形成生长
固骼生反应层
骨促进作用
在种植体材料上成骨细胞的行 为分析和评价
• 结果 – 组织学观察
– 在固骼生表面上，成骨细胞占据更密集而不像 在其他试验材料上分散开
– 在固骼生培养面上，很多表面层汇集在一起。 与羟基磷灰石和金属合金相比，在固骼生表面 上，更大的细胞团形成，更显著的细胞表达.
骨促进作用
在种植体材料上成骨细胞的行 为分析和评价
Osteostimulation
在种植体材料上成骨细胞的 行为分析和评价
• 试验程序
– 试验材料
• 固生骼, 羟基磷灰石, 钛合金, 不锈钢
– 与胎鼠成骨细胞在-MEM培养液中培养 – 在八天内定期对成骨细胞的行为进行了组织学观
察和生物力学分析.
• 碱性磷酸酶活性 (APA) – 成骨活性的标志 • DNA总含量 – 细胞繁衍速度的表征
6 days
NovaBone HA
8 days
Ti SS
骨促进作用
在种植体材料上成骨细胞的行 为分析和评价
结果• 细胞繁衍细胞
- 在所有试验材料中，DNA含 量都随时间增加
- 在3天时，羟基磷灰石中呈现 最大的DNA含量
- 在第六天和第八天固骼生中 DNA含量增长最快，大于所 有其它材料
7 6 5 4 3 2 1 0
。
• 临床证实 – 在广泛的临床研究和动物实验中其结果已
得以证实.
羟基磷灰石 – 试验时间为1, 2, 3, 6和12星期.
Osteostimulation
与羟基磷灰石的比较
• 结果
% 新骨长入缺损的百分比1
Rabbit Model - Critical-sized defect
– 从第一个星期就开 100
始, 生物活性玻璃产
90 80
生的新骨速度远快 70
60
3 days
6 days
8 days
NovaBone HA Ti SS
动物试验
生物力学性能特点
Biomechanical Assessment of Bovine Bone and Bioactive Glass as
Cancellous Bone Graft Materials
生物力学性能特点
成骨细胞的体外培养
• 实验程序
– 将固骼生块材料放入有细胞培养液和成骨细胞 的培养皿中
– 恒温培养到22天 – 用EDTA溶液将表面细胞物质清洗掉
• 结果
– 直接观察到细胞在表面的吸附，3维骨组织在表 面形成
成骨细胞吸附
成骨细胞的体外培养
• 结果(局部放大)
– 表面吸附的细胞被EDTA溶液清洗掉 – 在局部放大处,观察到 骨组织和细胞空隙 (见箭
于羟基磷灰石 (HA) 50
40
– 生物活性玻璃的降 30
解速度也远大于羟
20 10
基磷灰石。
0 1
2
3
6
12
星期
1. Oonishi, et al Clinical Orthopaedics, Jan 1997, pp. 316-325.
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Bioglass HA
临床研究
骨科临床 Human Craniofacial
表面构造
溶液中表面键合层的形成
• 结果 – 7天
– 羟基磷灰石在整个表 面形成；
– 钙化的胶原纤微蛋白 嵌入和埋入羟基磷灰 石层中；ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
– 表面积大大增加。
表面构造
溶液中表面键合层的形成
• BET 分析
– 活性的固骼生组成 (45S5)表面积显示迅 速增加。
– 高硅含量的低活性材 料(60S3)表面积显示 较慢的增加。
• 新骨组织不仅仅在缺陷边缘生成而且在缺陷中间能同时 独立地生成.
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Bioactive Glass Stimulates In Vitro Osteoblast Differentiation and
Creates a Favorable Template for Bone Tissue Formation
固骼生
富硅层
固骼生
胶原纤微和蛋白质 含碳羟基磷灰石
富硅层 固骼生
含碳羟基磷灰石 富硅层
固骼生
表面构造
固骼生动物实验的骨键层
(鼠胫骨，3个月)
NB O
Si
CaP
B
O NB
代号词:NB=固骼生; Si=富硅层; CaP=钙磷层; O=未矿化骨; B=骨
表面构造
表面构造
• 固骼生表面的构造使之成为成骨 细胞的基床，细胞吸附、增殖， 新骨组织在表面形成和生长。
性称为 “骨促进作用－Osteostimulation”
骨促进作用
骨促进作用的关键特征 是如右组织学切片所 示骨组织不仅仅在缺 陷边缘生成而且在缺 陷中间同时生成
骨骼生填充缺陷3个月后，在缺陷中间能看 到新骨形成(如红色箭头所示).
骨促进作用
• 与其他骨传导(osteoconductive)材料如羟基磷灰石相比 ，骨骼生导致更快的骨再生速度(后面可见数据). – 这一特性当骨骼生在成骨细胞中培养导致高的骨素和 碱性磷酸酶生产水平而体现出来。
基因表达(成骨作用的基因基础)。
• 临床证实 – 在广泛的临床研究和动物实验中其结果已
得以证实.
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固骼生的适应性
• 骨修复替代, 在非受负荷的骨缺陷处单独或与自体骨 和异体异源骨混合使用；
• 髋臼和长骨缺损以及脊柱骨稳定和融合时的缺陷； • 因囊肿、肿瘤或损伤导致的骨组织丢失的再生； • 骨折引起的缺陷，骨折、骨不连、骨迟连的愈合.
比表面积 (m2/g)
表面积的变化1
160
120
45S5
60S3
80
40
0
0
2
4
6
8
反应时间 (天)
骨促进作用
固骼生通过离子释放 主动诱导生物响应来
使新骨组织再生
骨促进作用
只有固骼生被我们专利公布具有离子释放 的特性： 硅、钙、磷离子的释放对骨的形 成至关重要。这一独特的离子释放已被工 程技术化来增加成骨细胞的活性。这一特
组织学观察
• 松质骨缺损结果 – 4星期 – 在缺损中间，在单个固骼生( ®)颗粒周围 (G) ，清楚可见新骨的形成(B) 。
组织学观察
• 松质骨缺损结果 – 12星期 – 在固骼生颗粒(G)周围，新骨形成(B)明显增加 . – 随着固骼生颗粒的吸收继续进行，表面降解 能被注意到。
与羟基磷灰石的比较
(Under Development)
不同的临床资料请选对应的键
固骼生总结
• 完全人工合成 – 不用担忧(如用异体异源骨)病菌的传
染，免受二次手术痛苦(如取自体骨).
• 骨传导作用 – 独特的表面性能提供良好的骨支架. • 骨生长促进作用 – 离子释放促进整个缺陷区域的成
骨细胞的活性.
• 活化基因表达 –离子释放产物活化骨细胞的基因表达