骨组织修复研究进展

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。
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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。
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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
滑液与关节软骨之间有较大的亲和力。透明质酸与蛋白多聚糖能紧密
附着在关节面上起润滑作用，从而减少关节运动阻力保护关节软骨免
受过度的机械磨损。
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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
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
的模式。
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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。
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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。
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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。
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
缺乏免疫源性，因此在移植后可提高与
宿主组织的整合性。
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。
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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
的生长，协同弱酸环境诱导成骨因子的释放，并且能够促进与成骨细
胞功能相关的多重mRNA及BMPl、BMP7、骨细胞受体(FGFRI)等因子的
表达。
研究表明，硫酸钙支架材料具有良好的骨诱导活性，它能够诱导
血管生成，增强局部营养能力，并且能促进骨髓间充质干细胞进行分
化成骨细胞，促进了局部人工骨材料的血管化和成骨能力。
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
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5.4骨组织工程
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
族，对细胞和细胞外基质的黏附起介导作用.
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。
周时间内，骨碎片即可达到牢固结合。当少量硫酸钙骨水泥进入关节
腔后，并未发现异位骨化等并发症。临床发现使用注射型硫酸钙骨水
泥，对跟骨骨折、胫骨平台骨折、骨肿瘤病灶清除术等导致的骨缺损
空腔等进行治疗，均取得满意效果。
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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
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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
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．
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1.2 丝蛋白应用的实例1
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
；
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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。
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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
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
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
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．
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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
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
再植入体内，作为骨修复的植
入材料使用．
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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
了骨涎蛋白、骨钙蛋白和碱性
磷酸酶到成骨细胞，强化丝蛋
白、丝蛋白一RGD固定化钛基体
培养。
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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
、骨传导能力、成骨能力。
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4.5 硫酸钙小结
硫酸钙作为一种传统的骨科材料，不仅源自文库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
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
。
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4.3 硫酸钙骨水泥在长骨骨缺损方面的应用
目前，硫酸钙骨水泥已经广泛应用于创伤、骨肿瘤病灶清除术
、骨髓炎清除术等造成的干骺端松质骨缺损。
研究表明硫酸钙骨水泥能够有效修复桡骨远端粉碎性骨折，在6
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
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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
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。
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5.骨再生的研究现状分析
骨缺损是临床上较为常见
骨组织修复研究进展
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2020年4月9日星期四
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
硫酸钙生物学特性
4.3 硫酸钙的成骨性能
在局部诱导新骨生成、促进材料在生物体骨缺损处进行替代修复
是理想的人工骨材料必备的条件。
目前，硫酸钙的成骨机制还没有被完全阐明。一般认为，硫酸钙
促进成骨主要是由于其具有良好的生物相容性和骨传导性，这有利于
成骨细胞长人材料内部，实现了骨缺损的修复。
硫酸钙材料降解过程会形成局部的高钙环境，能够诱导成骨细胞
，使之更能适应人体环境。
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2.1 透明质酸在骨关节炎治疗中应用
膝关节损伤、关节病骨关节炎是最常见的疾病，注射透明质酸（
玻璃酸钠）已经成为治疗骨关节病的常见方法。关节滑液中的透明质
酸与蛋白质结合在一起带有大量的负电荷，有较强的吸水性和高度的
黏滞性。蛋白多糖聚合体能够提高关节液的润滑性和黏弹性，并使润
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
.
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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
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．
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2.透明质酸
透明质酸是骨生物材料研究的新热点。
透明质酸具有高度黏弹性、可塑性、超强的吸水性、渗透性和良
好的生物易吸收性，无免疫抗原性。
改性的透明质酸不仅维持了原来优越的性能，而且完善了其性能