骨移植替代材料研究进展

ＣｈＪｕｔ！￥ｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＲｅｐａｒａｔｉｖｅａｎｄＲ烈：ｏｎｓｔｎ虻帆Ｓｕｒｇｅｒｙ，Ｏｃｔｏｂｅｒ２００８，Ｖ０１．２２。

Ｎｏ．１０骨移植替代材料研究进展张永光王志强【摘要】目的综述骨移植替代材料的近期研究进展，展望可能的研究方向。

方法广泛查阅近年来有关骨移植替代材料研究与应用的文献，选择常见的几种骨移植替代材料，分别进行阐述。

结果骨移植对于提供支持、填充骨腔、加速骨缺损愈合是一种必要的治疗方式，自体骨移植是骨移植的“金标准”，但受到许多限制。

骨移植替代材料的研究与开发受到广泛重视，在异体骨、合成人工骨、组织工程骨的研究与应用方面已取得很大进展，部分研究成果已形成产品。

结论现有材料仍存在许多问题，将不同类生物材料复合，采用特定的Ｊ；ｌ－工技术，研制出力学性能、化学性质、物理结构等方面类似于人体骨组织性质的生物材料，促进骨缺损的治愈，将是今后的研究方向。

【关键词】骨移植替代材料生物材料骨缺损修复中图分类号：Ｒ６２２．９Ｒ６８７．３４文献标志码：ＡＰＲＯＧＲＥＳＳＯＦＢＯＮＥＧＲＡＦＴＳＵＢＳＴＩＴＵＴＥ／ＺＨＡＮＧＹｏｎｇｇｕａｎｇ，ＷＡＮＧＺｈｉｑｉａｎｇ．ＴｈｅＯｒｔｈｏｐａｅｄｉｃＨｏｓｐｉｔａｌｏｆＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＣｏａｌＭｅｄｉｃａｌＣｏｌｌｅｇｅ，ＴａｎｇｓｈａｎＨｅｂｅｉ，０６３０００，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ．Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ：ＺＨＡＮＧＹｏｎｇｇｕａｎｇ．Ｅ—ｍａｉｌ：ｔｓｄｚｙｇ＠１６３．ｃｏｒｎ［Ａｂｓｔｒａｃｔ］ＯｂｊｅｃｔｉｖｅＴｏｓｕｍｕｐｔｈｅｒｅｃｅｎｔｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｃｏｍｍｏｎｂｏｎｅｇｒａｆｔｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅａｎｄｔｏｆｏｒｅｃａｓｔｔｈｅｐｏｓｓｉｂｌｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓｆｏｒｆｕｒｔｈｅｒｒｅｓｅａｒｃｈ．ＭｅｔｈｏｄｓＲｅｃｅｎｔｏｒｉｇｉｎａｌａｒｔｉｃｌｅｓａｂｏｕｔｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｆｏｒｂｏｎｅｇｒａｆｔｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅｗｅｒｅｅｘｔｅｎｓｉｖｅｌｙｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ｓｅｖｅｒａｌｃｏｍｍｏｎｂｏｎｅｇｒａｆｔｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅｓｗｅｒｅｓｅｌｅｃｔｅｄａｎｄｅｘｐｏｕｎｄｅｄｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃａｔｅｇｏｒｉｅｓ．ＲｅｓｕｌｔｓＢｏｎｅｇｒａｆｔｗａｓａｎｅｓｓｅｎｔｉａｌｔｒｅａｔｍｅｎｔｉｎｏｒｄｅｒｔｏｐｒｏｖｉｄｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｓｕｐｐｏｒｔ，ｆｉｌｌｂｏｎｅｃａｖｉｔｙａｎｄｐｒｏｍｏｔｅｂｏｎｅｄｅｆｅｃｔｈｅａｌｉｎｇ．ＴｈｅｇｏｌｄｓｔａｎｄａｒｄｆｏｒｂｏｎｅｇｒａｆｔｗａｓａｕｔｏｇｒａｆｔｗｈｉｃｈｉｓｓｕｂｊｅｃｔｔＯｍａｎｙｒｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎｓ．Ｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ，ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｂｏｎｅｇｒａｆｔｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅｈａｖｅｒｅｃｅｉｖｅｄｐｕｂｌｉｃａｔｔｅｎｔｉｏｎ．Ａｖｅｒｙｇｒｅａｔｐｒｏｇｒｅｓｓｈａｓｂｅｅｎｍａｄｅｉｎｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆａｌｌｏｇｒａｆｔｂｏｎｅｓ，ｓｙｎｔｈｅｔｉｃｂｏｎｅｓａｎｄｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄｂｏｎｅｓ，ａｎｄｓｏｍｅｒｅｓｅａｒｃｈｒｅｓｕｌｔｓｈａｖｅｂｅｅｎｐｕｔｉｎｔｏｕｓｅｆｏｒｒｅａｌｐｒｏｄｕｃｔｓ．ＣｏｎｃｌｕｓｉｏｎＴｈｅｒｅｓｔｉｌｌｅｘｉｓｔｍａｎｙｐｒｏｂｌｅｍｓｉｎｐｒｅｓｅｎｔｂｏｎｅｇｒａｆｔｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅｓ．ＣｏｍｂｉｎｉｎｇｖａｒｉｏｕｓｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓａｎｄｕｓｉｎｇｔｈｅｓｐｅｃｉｆｉｃｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｔＯｄｅｖｅｌｏｐａｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｗｈｉｃｈｈａｓｔｈｅｓｉｍｉｌａｒｍｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｐｈｙｓｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｔｏａｕｔｏｇｒａｆｔｓｏａｓｔｏｐｒｏｍｏｔｅｂｏｎｅｄｅｆｅｃｔｈｅａｌｉｎｇｉｓｔｈｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎｆｏｒｆｕｔｕｒｅｒｅｓｅａｒｃｈ．［Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ＢｏｎｅｇｒａｆｔｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅＢｉｏｍａｔｅｒｉａｌＢｏｎｅｄｅｆｅｃｔＲｅｐａｉｒ骨移植对于提供支持、填充骨腔、加速骨缺损愈合是一种必要的治疗方式，是临床上仅次于输血的、应用最多的异体移植技术。

传统的自体骨移植仍是目前最理想的骨移植材料，是骨移植的“金标准”，但受到许多限制，如供区损伤、植骨量不足、不能制备特殊形状等。

因此促进了骨移植替代材料的研究，并且在异体骨、合成人工骨、组织工程骨的研究与应用方面已取得很大进展，部分研究成果已形成产品。

现主要对各种骨移植替代材料的特性与研究现状进行综述，并对未来的研究方向进行展望。

ｌ同种异体骨和异种骨１．１同种异体骨同种异体骨移植是指同一种属个体之间的骨组织作者单位：华北煤炭医学院附属骨科医院（河北唐山，０６３０００）通讯作者：张永光，主治医师，研究方向：骨移植替代材料，Ｅ－ｍａｉｌ：ｔｓｄｚｙｇ＠１６３．ｃ０１１１移植，可诱发宿主产生免疫排斥反应，目前临床上多采用经冷冻、冻干或化学处理的同种异体骨，其细胞成分多已破坏。

因此同种异体骨移植在与宿主愈合过程中的表现、作用机制和生物力学特征等方面，与自体骨移植有一定差异。

与实质脏器移植有所不同，同种异体骨移植诱发的宿主免疫排斥反应一般不危及生命，但往往干扰移植骨愈合，影响治疗效果。

ＶａｎｄｅＶｏｒｄ等【１】研究认为，移植骨的胶原蛋白是产生免疫反应的抗原，应用前去除这些抗原，能减轻免疫反应，提高移植成功率。

同种异体骨的生物学性能受不同处理方法的影响，Ｈｏｆｍａｎｎ等１２１对ＢＭＳＣｓ在８种不同消毒灭菌方法处理的同种异体骨上吸附、增殖和分化的能力进行了研究，发现低温血浆灭菌脱矿物质异体骨、８０℃恒温消毒和化学溶液消毒３种方法处理的异体骨对ＢＭＳＣｓ有很强的亲和力，而采用高压、环氧己烷、新鲜冷冻、丫射线和Ｂａｒｒｙｃｉｄａ灭菌的异体骨细胞亲和力较低，说明不同处理方法对ＢＭＳＣｓ的吸附、增殖和功能有影响。

万方数据中国修复重建外科杂志２００８年１０月第２２卷第１０期Ｍｏｕｒｉｋｉｓ等【３】最近在治疗肱骨近端软骨肉瘤中采用同种异体骨植入缺损区，获得了７７％的成功率。

１．２异种骨异种骨移植系指不同种属个体之间的骨组织移植，是最早被研究应用的骨移植材料之一。

动物骨来源广泛，取材方便，临床上具有非常重要的意义，不仅可满足日益增多的患者对骨移植的需求，而且可避免自体骨移植二次手术时可能造成的并发症，并大大缩短手术时间。

异种骨移植在骨科领域中主要用于加速骨折、骨不连的愈合，填充骨缺损及关节、脊柱融合等。

异种骨移植属于游离组织移植，其免疫排斥主要是由细胞免疫引起的急性排斥反应。

新鲜异种骨移植早期排斥反应强，后期弱，早期以Ｔｈ２反应为主，而同种异体骨移植免疫排斥以Ｔｈｌ反应为主，ＩＬ．４和ＩＬ．１０能有效抑制免疫反应，促进骨形成【４】。

刘玉增等【ｓ】将冻干同种异体骨与冻干异种骨移植作了比较研究，发现两组在４周和１２周时Ｘ线片和组织学评估无统计学差异，认为冻干异种骨具有很好的成骨效果。

虽然还存在对异种骨疾病传播的担心，但研究表明异种骨植入人体骨骼部位是安全的。

Ｗｅｎｚ等【６】对牛骨制得的骨移植替代材料传播牛海绵状脑病的危险性进行了研究，认为这类材料不会给患者带来危险。

最近研究较多的是重组合异种骨（ｒｅｃｏｎｓｔｉｔｕｔｅｄｂｏｎｅｘｅｎｏｇｒａｆｔ，ＲＢＸ），它是将松质骨部分通过化学处理使其成为无抗原性的载体，将皮质骨部分通过生化提取方法分离获取ＢＭＰ，然后再在适宜条件下将两者重新组合而成的新型植骨材料，其具有高诱导成骨活性，且不引起免疫排斥反应。

王志刚等［７１的研究同样证实了应用这种材料的安全性。

２人工合成骨替代材料人工合成材料包括用各种化学合成方法制成的人工材料，如高分子化合物、生物陶瓷材料、金属材料及其他类材料。

本文主要介绍几种常见的陶瓷材料。

陶瓷材料是应用最多的一类，分为生物惰性材料和生物活性可降解材料。

生物惰性材料如氧化铝陶瓷；生物活性材料有玻璃陶瓷、生物活性玻璃、羟基磷灰石（ｈｙｄｒｏｘｙａｐａｔｉｔｅ，ＨＡ）等，主要优点是生物相容性好，能与骨组织产生化学结合或在体内降解，且强度也较高。

陶瓷材料的主要缺点是脆性较大，其弹性模量难以与正常骨相匹配，在一定程度上限制了其在临床上的应用。

２．１磷酸钙陶瓷这种陶瓷材料是在２０世纪６０年代初出现，早期使用的是磷酸钙粉末，后来被用作骨移植替代材料。

最常用的是高密度ＨＡ和ＴＣＰ，用于内植物表面涂层或填充植入。

它在制备过程中经高温、高压处理，是致密高度结晶的生物惰性陶瓷，在手术中不可再塑形ｉ抗疲劳性差。

２．１．１ＨＡ分子式：Ｃａｌｏ（Ｐ０４）６（ＯＨ）２，钙磷比为１．６７。

其来源主要有３种：人工化学合成、动物骨烧结而成和珊瑚热液转化而成。

ＨＡ的分子结构和钙磷比与正常骨的无机成分非常近似，生物相容性很好，体内外实验表明，在与成骨细胞共同培养时，其表面有成骨细胞聚集Ｉ蝴；植入骨缺损时，骨组织与ＨＡ之间无纤维组织界面，植入体内后表面包有磷灰石样结构。

由于骨组织与植入材料之间无纤维组织间隔，与骨的结合性好，ＨＡ的骨传导能力也较强，因此ＨＡ植入骨缺损区有较好的修复效果，Ｍａｔｔｈｅｗ等【１ｏ】采用ＰｒｏＯｓｔｅｏｎ２００ＨＡ与自体髂骨在颈椎前方融合的前瞻性对照研究中获得了与自体骨一致的融合率。

Ｍｕｎｒｏ等【ｌｌ】在ＨＡ减少股骨移植物塌陷的体外实验中证实，使用ＨＡ及同种异体骨混合的骨水泥可减少股骨移植物在移植物与骨水泥界面上的塌陷。

由于ＨＡ生物陶瓷脆性高、抗折强度低，因此对具有更高性能的纳米ＨＡ材料的研究应用引起了人们的广泛兴趣。

邓湘云等【１２】分别采用Ｘ射线衍射仪、扫描电镜和纳米压痕实验测试了纳米ＨＡ陶瓷的微观结构和力学性能，结果表明，随着晶粒尺寸的减小，纳米ＨＡ陶瓷的硬度提高了４６．９％，同时弹性模量也提高了２３．４％。

刘泉等【ｂ】的研究则证明纳米ＨＡ具有很好的安全性和细胞相容性。

ＨＡ与各种生物材料混合使用具有不同生物学特性的研究取得了满意结果【９．１¨６】。

２．１．２１３－ＴＣＰ分子式：Ｃａ３（Ｐ０４）２，钙磷比为１．５，与正常骨组织的钙磷比接近，主要用化学合成的方式制备。

１３－ＴＣＰ最突出的特点是可在生物体内降解。

Ｏｋｕ．ｄａ等【－７】的实验发现ＩＢ－ＴＣＰ在植入日本白兔的股骨髁后２４周基本完全降解，而ＨＡ无降解。

１３－ＴＣＰ的生物相容性也非常好，在骨与材料之间无纤维组织间隔，骨与材料直接接触，植入体内后仅有轻度的巨噬细胞反应。

Ｋａｌｉｔａ等【１８】研究显示，这可能与１３－ＴＣＰ的降解性相关。

Ｈｏｒｃｈ等【１９】在治疗了１５６例下颌骨缺损后，认为１３－ＴＣＰ有良好的可降解性和生物相容性，且骨传导能力较强。