生物可降解镁合金作为骨科植入物研究进展

近年生物可降解镁合金再次成为研究热点,与其作为骨科植入物的先天优势有关.近年开发出不合机体有害元素的镁合金,并经表面改性技术提升力学性能和生物相容性,预示新型镁合金材料在未来骨科临床的巨大优越性和应用潜力.该文就近年来生物可降解镁合金材料作为骨科植入物的研究作一回顾与总结.     

钛合金表面纳米结构在兔体内对骨结合的影响

目的 研究钛合金(Ti6Al4V)的表面纳米结构在体内对植入体与周围骨组织结合的影响.方法 基于严重塑性变形(SPD)原理制备表面纳米晶体结构的钛合金.在SD新西兰大白兔股骨粗隆植入普通钛合金(Ti组),表面纳米钛合金(nano-Ti组)和羟基磷灰石涂层钛合金(HA组),术后4、8和12周取材,处死前行影像学观察并肌内注射盐酸四环素和钙黄绿素行荧光标记;取有植入体的股骨进行Van Gieson苦味酸.品红染色以及荧光染色组织学观察并进行骨动力学参数计算;同时,对植入体和骨界面分别进行扫描电镜和透射电镜观察,比较不同表面植入体-骨界面结合情况.结果 影像学检查,可见nano-Ti组界面骨质修复早于Ti组;界面组织学可见nano-Ti组骨结合率优于Ti组,显示纳米表面骨结合良好;同时,nano-Ti组界面比起Ti组有更强的四环素和钙黄绿素荧光标记,显示界面成骨活跃,其周围骨矿化沉积率也明显高于Ti组.扫描电镜和透射电镜观察结果显示,8周后HA组材料表面出现明显降解,界面骨组织细胞内可见大量吞噬颗粒,而nano-Ti组界面骨组织中未见脱落颗粒和吞噬现象.结论 钛合表面纳米结构金能够促进体内骨整合,且界面骨组织中无明显降解颗粒,有望成为可供临床使用的新型骨人工关节植入材料.     

纳米化表面钛合金内植物的界面组织学和生物力学评价*

背景：假体松动是造成人工关节置换失败和翻修的主要原因之一。材料表面处理能够促进假体和骨组织界面的骨整合,提高假体的稳定性。 目的：研究纳米化表面钛合金(Ti6A14V)內植物在动物体内的骨整合情况。 方法：基于严重塑性变形原理制备纳米化表面钛合金。在比格犬股骨髁间植入普通表面、羟基磷灰石表面和纳米化表面钛合金内植物,置入后3个月取材,处死前行影像学观察,处死后取带有内植物的股骨髁制作不脱钙骨组织磨片,行Van Gieson苦味酸一品红染色,观察内植物和骨组织界面组织学情况,并进行骨动力学参数计算。同时行推出实验,比较不同表面内植物和骨组织界面生物力学情况。 结果与结论：影像学检查,见内植物和骨组织结合良好;界面组织学可见羟基磷灰石表面和纳米化表面钛合金与骨界面有大量成熟骨小梁直接结合,两者界面骨结合率相似(P > 0.05),但都优于普通表面钛合金(P < 0.01);推出实验显示羟基磷灰石表面和纳米化表面钛合金內植物和骨组织的结合力相似(P > 0.05),但都优于普通表面钛合金(P < 0.001)。提示严重塑性变形原理制备的纳米化表面钛合金和羟基磷灰石表面钛合金一样具有成骨诱导活性,能够促进骨整合,具有良好的临床应用前景。     

纳米骨植入材料表面结构及作用机制研究进展

骨植入材料与周围骨组织的骨整合对于材料的稳定性有着巨大影响。常见的纳米骨植入材料表面结构有纳米羟基磷灰石涂层、纳米陶瓷膜、多孔纳米化及纳米沟槽化等。实验证实带有纳米表面结构的植入材料具有良好的生物相容性和理化特性；纳米表面粗糙程度大大增加，亲水性、电化学特性明显提高，表面形貌结构特征更有利于细胞外基质蛋白粘附和相互作用，从而促进成骨细胞粘附、增殖和分化；纳米表面也能促进成骨细胞产生PGE2、TGF-β等细胞因子，影响新骨形成。骨植入材料的纳米表面结构特征及其对成骨细胞的影响，还有待进一步研究。     

纳米骨植人材料表面结构及作用机制研究进展

骨植入材料与周围骨组织的骨整合对于材料的稳定性有着巨大影响.常见的纳米骨植入材料表面结构有纳米羟基磷灰石涂层、纳米陶瓷膜、多孔纳米化及纳米沟槽化等.实验证实带有纳米表面结构的植入材料具有良好的生物相容性和理化特性;纳米表面粗糙程度大大增加,亲水性、电化学特性明显提高,表面形貌结构特征更有利于细胞外基质蛋白粘附和相互作用,从而促进成骨细胞粘附、增殖和分化;纳米表面也能促进成骨细胞产生PGE2、TGF-β等细胞因子,影响新骨形成.骨植入材料的纳米表面结构特征及其对成骨细胞的影响,还有待进一步研究.     

纳米化表面钛合金内植物的界面组织学和生物力学评价

背景：假体松动是造成人工关节置换失败和翻修的主要原因之一。材料表面处理能够促进假体和骨组织界面的骨整合,提高假体的稳定性。目的：研究纳米化表面钛合金（Ti6A14V）內植物在动物体内的骨整合情况。方法：基于严重塑性变形原理制备纳米化表面钛合金。在比格犬股骨髁间植入普通表面、羟基磷灰石表面和纳米化表面钛合金内植物,置入后3个月取材,处死前行影像学观察,处死后取带有内植物的股骨髁制作不脱钙骨组织磨片,行Van Gieson苦味酸一品红染色,观察内植物和骨组织界面组织学情况,并进行骨动力学参数计算。同时行推出实验,比较不同表面内植物和骨组织界面生物力学情况。结果与结论：影像学检查,见内植物和骨组织结合良好;界面组织学可见羟基磷灰石表面和纳米化表面钛合金与骨界面有大量成熟骨小梁直接结合,两者界面骨结合率相似（P〉0.05）,但都优于普通表面钛合金（P〈0.01）;推出实验显示羟基磷灰石表面和纳米化表面钛合金內植物和骨组织的结合力相似（P〉0.05）,但都优于普通表面钛合金（P〈0.001）。提示严重塑性变形原理制备的纳米化表面钛合金和羟基磷灰石表面钛合金一样具有成骨诱导活性,能够促进骨整合,具有良好的临床应用前景。     

纳米化表面钛合金内植物的界面组织学和生物力学评价

背景:假体松动是造成人工关节置换失败和翻修的主要原因之一。材料表面处理能够促进假体和骨组织界面的骨整合,提高假体的稳定性。目的:研究纳米化表面钛合金(Ti6A14V)內植物在动物体内的骨整合情况。方法:基于严重塑性变形原理制备纳米化表面钛合金。在比格犬股骨髁间植入普通表面、羟基磷灰石表面和纳米化表面钛合金内植物,置入后3个月取材,处死前行影像学观察,处死后取带有内植物的股骨髁制作不脱钙骨组织磨片,行Van Gieson苦味酸一品红染色,观察内植物和骨组织界面组织学情况,并进行骨动力学参数计算。同时行推出实验,比较不同表面内植物和骨组织界面生物力学情况。结果与结论:影像学检查,见内植物和骨组织结合良好;界面组织学可见羟基磷灰石表面和纳米化表面钛合金与骨界面有大量成熟骨小梁直接结合,两者界面骨结合率相似(P>0.05),但都优于普通表面钛合金(P<0.01);推出实验显示羟基磷灰石表面和纳米化表面钛合金內植物和骨组织的结合力相似(P>0.05),但都优于普通表面钛合金(P<0.001)。提示严重塑性变形原理制备的纳米化表面钛合金和羟基磷灰石表面钛合金一样具有成骨诱导活性,能够促进骨整合,具有良好的临床应用前景。     

表面纳米化钛合金对成骨细胞的增殖、分化和矿化的促进作用研究

Background  Previous studies have demonstrated increased functions of osteoblasts on nanophase materials compared to conventional ceramics or composites. Nanophase materials are unique materials that simulate dimensions of constituent components of bone as they possess particle or grain sizes less than 100 nm. However, to date, interactions of osteoblasts on nanophase materials compared to conventional metals remain to be elucidated. The objective of the present in vitro study was to synthesize nanophase metals (Ti6Al4V), characterize, and evaluate osteoblast functions on Ti6Al4V. Such metals in conventional form are widely used in orthopedic applications.

Methods  In this work, nanophase Ti6Al4V surfaces were processed by the severe plastic deformation (SPD) principle and used to investigate osteoblast long-term functions. Primary cultured osteoblasts from neonatal rat calvaria were cultured on both nanophase and conventional Ti6Al4V substrates. Cell proliferation, total protein content, and alkaline phosphatase (ALP) activity were evaluated after 1, 3, 7, 10 and 14 days. Calcium deposition, gene expression of type I collagen (Col-I), osteocalcin (OC), osteopontin (OP) and the production of insulin-like growth factor-I (IGF-I) and transforming growth factor-beta 1 (TGF-β1) were also investigated after 14 days of culture.

Results  Functions of osteoblasts including proliferation, synthesis of protein, and ALP activity were improved on the nanophase compared to the conventional Ti6Al4V. The expression of Col-I, OC and OP mRNA was also increased on nanophase Ti6Al4V after 14 days of culture. Calcium deposition was the same; the average number of the calcified nodules on the two Ti6Al4V surfaces was similar after 14 days of culture; however, highly significant size calcified nodules on the nanophase Ti6Al4V was observed. Of the growth factors examined, only TGF-β1 showed a difference in production on the nanophase surface.

Conclusion  Nanophase Ti6Al4V surfaces improve proliferation, differentiation and mineralization of osteoblast cells and should be further considered for orthopedic implant applications.

     

纳米化表面钛合金内植物的界面组织学和生物力学评价

背景：假体松动是造成人工关节置换失败和翻修的主要原因之一。材料表面处理能够促进假体和骨组织界面的骨整合,提高假体的稳定性。 目的：研究纳米化表面钛合金(Ti6A14V)內植物在动物体内的骨整合情况。 方法：基于严重塑性变形原理制备纳米化表面钛合金。在比格犬股骨髁间植入普通表面、羟基磷灰石表面和纳米化表面钛合金内植物,置入后3个月取材,处死前行影像学观察,处死后取带有内植物的股骨髁制作不脱钙骨组织磨片,行Van Gieson苦味酸一品红染色,观察内植物和骨组织界面组织学情况,并进行骨动力学参数计算。同时行推出实验,比较不同表面内植物和骨组织界面生物力学情况。 结果与结论：影像学检查,见内植物和骨组织结合良好;界面组织学可见羟基磷灰石表面和纳米化表面钛合金与骨界面有大量成熟骨小梁直接结合,两者界面骨结合率相似(P > 0.05),但都优于普通表面钛合金(P < 0.01);推出实验显示羟基磷灰石表面和纳米化表面钛合金內植物和骨组织的结合力相似(P > 0.05),但都优于普通表面钛合金(P < 0.001)。提示严重塑性变形原理制备的纳米化表面钛合金和羟基磷灰石表面钛合金一样具有成骨诱导活性,能够促进骨整合,具有良好的临床应用前景。