周 鑫，藍(lán)藝鑫，程麗佳

中國外科植入物專委會數(shù)據(jù)顯示，2005年我國骨質(zhì)疏松患者已超過1億人，隨著老齡化的進(jìn)程加速，預(yù)計到2050年將達(dá)到2.12億，占人口總數(shù)的13.2%，而超過30%老年骨折患者與骨質(zhì)疏松相關(guān)。 我國各種關(guān)節(jié)炎重癥患者超過8 000萬人，現(xiàn)有肢殘患者75萬人，同時，每年新增骨損傷患者300萬人。這也就意味著：隨著我國老齡化進(jìn)程的加快，我國骨科疾病的患病人數(shù)將加速增長，使得骨修復(fù)替代材料成為臨床需求量最大的生物醫(yī)用材料之一。骨修復(fù)替代材料是骨組織工程發(fā)展的基礎(chǔ)。理想的骨修復(fù)材料應(yīng)該具備生物相容性、機械耐受、可生物降解、可誘導(dǎo)再生等特性。納米羥基磷灰石(nano-hydroxyapatite，nHA)具有表面活性大、溶解度高、生物活性好等特點，但是在復(fù)合材料中nHA含量越多生物力學(xué)性能越差，脆性越大。生物復(fù)合材料較單一材料在生物相容性、生物活性及成骨能力方面有更強的塑造能力，更容易滿足臨床需求。本文將綜述5種基于nHA的生物復(fù)合材料的性能、制備方法及臨床應(yīng)用情況。

1 nHA/聚酰胺(polyamide，PA)

聚酰胺是臨床上使用較多的一線材料，該材料具有較好的生物相容性和降解性。PA66是PA的一個品種，nHA/PA66在臨床上廣泛運用于脊髓的修復(fù)，PA能增加nHA材料的韌性，nHA /PA66復(fù)合材料的抗壓、抗彎強度和彈性模量與人體骨皮質(zhì)的力學(xué)性能相近。2005年，醫(yī)用nHA /PA66復(fù)合骨充填材料(YZB /國 0063-2003)被批準(zhǔn)上市，現(xiàn)已在全國1 300多家甲級醫(yī)院應(yīng)用，取得了良好的臨床治療效果[1]。

nHA/PA也用于臨床頸椎治療，梁欣潔等[2]在臨床頸椎前路椎間融合術(shù)中應(yīng)用n-HA/PA66 cage，展現(xiàn)出優(yōu)良的生物活性及力學(xué)特性，能提供早期良好的支撐和穩(wěn)定的力學(xué)環(huán)境而保障了較高的融合率，從而維持了術(shù)后頸椎前中柱重建的穩(wěn)定性，且術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率低達(dá)1.6%。Chen等[3]制作了一種新型高度可以調(diào)節(jié)的nHA /PA66椎體來矯正頸椎畸形，治療7例脊柱腫瘤患者，恢復(fù)脊柱高度矯正畸形，患者脊柱壓迫均明顯減輕。為研究nHA/PA在更多骨相關(guān)疾病中的應(yīng)用價值，大量的臨床前實驗正在開展。徐顯春等[4]應(yīng)用nHA/PA人工肱骨頭置換兔肱骨頭，結(jié)果顯示在不同時期假體上端皮質(zhì)均未出現(xiàn)骨皮質(zhì)變薄、異位骨化等現(xiàn)象，人工假體均無碎裂跡象，骨覆蓋范圍達(dá)到80%～100%。另外，nHA/PA復(fù)合材料中的HA能夠電解出Ca、P等離子，在材料表面沉積，對成骨細(xì)胞很好的吸附能力[5]。

2 nHA/聚乳酸(polylactic acid，PLA)

聚乳酸是一種具有良好生物相容性和生物降解特性的聚合物，降解終產(chǎn)物為CO2和H2O，降解中間產(chǎn)物乳酸也是體內(nèi)正常代謝的產(chǎn)物，成為當(dāng)前仿生細(xì)胞外基質(zhì)中最受重視的生物材料之一[6]，已被美國FDA批準(zhǔn)為生物降解性醫(yī)用材料，在醫(yī)藥領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛，可生產(chǎn)一次性輸液用具、免拆型手術(shù)縫合線等，低分子聚乳酸還可作為藥物緩釋包裝劑。

nHA/PLA復(fù)合材料具有良好的生物力學(xué)，生物活性和降解性；但復(fù)合材料的孔隙越大力學(xué)性能越低[7]。隨著nHA含量增加，復(fù)合材料的拉伸強度和模量均先增加后減少，在nHA含量為 20%時nHA/ PLA復(fù)合材料達(dá)到峰值，適用于松質(zhì)骨骨組織修復(fù)及骨內(nèi)固定材料，能為骨折愈合提供堅強的內(nèi)固定及修復(fù)愈合的醫(yī)療效果[8-9]。

nHA/PLA有多種制備方法，黃江鴻等[8]通過靜電紡絲方法制備的nHA/PLA復(fù)合材料中，10%nHA/90% PLA復(fù)合材料的孔隙率、結(jié)晶性、熱穩(wěn)定性和力學(xué)強度綜合起來效果最好。Ma等[10]采用了鑄造-滲透法制備nHA/PLA Janus膜實驗顯示nHA側(cè)具有較高的細(xì)胞存活率和高效的誘導(dǎo)成骨作用，PLA側(cè)具有抑制細(xì)胞黏附的作用；大鼠下頜骨缺損修復(fù)實驗證明，PLA側(cè)可以防止術(shù)后骨與鄰近肌肉粘連，nHA側(cè)具有較強的促進(jìn)缺損修復(fù)和骨再生的能力。Wan等[11]采用層插法制備nHA/PLA復(fù)合材料研究力學(xué)性能及細(xì)胞毒性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)nHA的加入對PLA降解產(chǎn)生的酸性產(chǎn)物有一定的中和作用，從而降低體內(nèi)酸性物質(zhì)的囤積。

nHA與PLA材料混合后nHA/PLA復(fù)合材料的彈性模量得到明顯提高，其在體內(nèi)抗拉伸、壓縮性能較nHA單獨應(yīng)用更佳，同時有利于骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞在材料中進(jìn)行良好的增殖和分化；并且復(fù)合材料中PLA 降解速率減緩，可以改變nHA的降解速度，但nHA的降解仍與成骨速度不相匹配，難以進(jìn)行有效的控制，可能導(dǎo)致材料降解過快，使缺損局部失去力學(xué)支撐[12]。所以在材料的降解速度控制上還要進(jìn)一步研究。

3 膠原(collagen,COL)/nHA/PLA

天然骨由低結(jié)晶的磷灰石、微量碳酸鈣COL纖維組合形成特殊的空間結(jié)構(gòu)。磷酸鈣和I型膠原是天然骨基質(zhì)的主要成分，COL的纖維蛋白在凝血酶的作用下可聚合成可塑性良好的纖維蛋白原膠，彌補nHA在可塑性上的缺陷[13-15]。

柴雅琳等[16]進(jìn)行的重組COL/nHA復(fù)合材料的研究中指出COL的加入使COL/HA復(fù)合材料與骨骼結(jié)構(gòu)更加相似，膠原蛋白還有助于骨骼對鈣的吸收和利用。然而，在前期nHA所載藥物的突釋現(xiàn)象明顯，難形成長期、穩(wěn)定有效的藥物濃度，骨生成速度與材料藥物分解速度不一致。而高分子材料如PLA不僅具有很好的相容性，還可減慢成骨材料的降解速度，可逐步降解，且不影響組織修復(fù)并能緩慢釋放藥物[17]。

體外實驗中，Hatakeyama等[18]利用所制備的nHA/豬I型膠原復(fù)合材料與人成骨細(xì)胞共培養(yǎng)，研究發(fā)現(xiàn)細(xì)胞在材料上黏附狀態(tài)良好，表型維持穩(wěn)定，同時堿性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)、骨鈣蛋白(osteocalcin,OC)等的表達(dá)明顯增加，且表達(dá)量隨培養(yǎng)時間而增高。體內(nèi)實驗中，Komaki等[19]在兔脛骨節(jié)段性缺損模型修復(fù)中發(fā)現(xiàn)COL/nHA復(fù)合材料可與骨組織形成鍵性結(jié)合，材料被破骨細(xì)胞逐漸吸收，新骨形成過程中，無任何毒性、炎癥等不良反應(yīng)發(fā)生；該研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，COL/nHA復(fù)合材料與骨改建代謝中產(chǎn)生的新生骨間形成的交聯(lián)可以改變材料本身的力學(xué)強度和在體內(nèi)的吸收過程，并在維持復(fù)合材料的強度和形狀中起到關(guān)鍵性作用。Hao等[20]先將nHA與人重組膠原蛋白混合，然后與PLA按比重1∶1混合得到nHA/COL/PLA復(fù)合材料，將其應(yīng)用于兔橈骨缺損修復(fù)，12周后骨缺損基本愈合，且支架已基本降解完成。呂玉明等[21]在納米晶重組類人膠原基/ 聚乳酸復(fù)合支架材料研究中表明了復(fù)合材料中COL/nHA按1∶1混合后再與PLA組成復(fù)合材料各個方面均符合良好人工骨的性能。

4 nHA/殼聚糖(chitosan,CS)

殼聚糖具有生物相容性、生物降解性、與陰離子結(jié)合能力和抗菌性，且其成孔能力優(yōu)越[20,23]。

EI-Meliegy等[22]將右旋殼聚糖與nHA復(fù)合發(fā)現(xiàn)，隨著nHA增加，復(fù)合材料密度和力學(xué)性能增加，孔隙率降低。凍干法制備nHA/CS時通過冰晶核沿?zé)崽荻确较蛏L，能夠在聚合物中提供優(yōu)良的孔隙，還可以限制結(jié)晶器的孔隙方向[23]。采用凍干技術(shù)-粒子瀝濾復(fù)合工藝制nHA/CS微球/聚乳酸/醋酸復(fù)合支架中，CS與nHA的復(fù)合物在藥物緩釋的過程中發(fā)揮重要的作用，不僅能降低材料的降解速度，還能提高細(xì)胞的增殖能力和材料的抗壓強度[23-24]。張利等[25]采用共沉淀法制備了nHA/CS復(fù)合材料，當(dāng)nHA與CS 質(zhì)量比為7∶3時，可達(dá)最理想抗壓強度(120 MPa)，能夠滿足人工骨的力學(xué)要求。Ruphuy等[26]最近研究了一種超臨界CO2純化CS支架，使制作工藝從5步縮減到3步，制作周期縮短，且材料具有高純度無菌的特點，還避免了常用方法冷凍干燥制備支架中殘留的乙酸對支架的破壞或阻礙細(xì)胞生長。石國華等[27]用nHA/CS復(fù)合材料修復(fù)兔顱頜骨實驗中發(fā)現(xiàn)材料可以吸收移植部位的鈣，并刺激新骨的形成，移植材料的部位完全愈合，骨面平整，材料完全被新生的自體骨取代。

5 凹凸棒(attapulgite，ATTP)/nHA/膠原

凹凸棒石是一種具鏈層狀結(jié)構(gòu)的含水富鎂硅酸鹽黏土礦物，屬于海泡石族[28]。ATTP晶體呈棒狀，單根晶體的直徑為20～70 nm，長度為0.5～5 μm，具有良好的柔韌性、可塑性及生物相容性。研究表明，ATTP作為一種無毒、化學(xué)性能穩(wěn)定的非金屬礦產(chǎn)，由于具有納米結(jié)構(gòu)、大的比表面積和空間和較好的骨誘導(dǎo)性和生物相容性，對骨修復(fù)有積極的促進(jìn)作用。但ATTP具有較大的膨脹容，太過柔韌等缺陷[29-31]。

張曉敏等[32]通過I型膠原/聚己內(nèi)酯/ATTP復(fù)合材料體外誘導(dǎo)成骨的研究，發(fā)現(xiàn)其具有良好的生物相容性及骨誘導(dǎo)性，有望成為一種理想的骨組織工程支架材料。在實驗中，HA的加入明顯改善了ATTP復(fù)合材料的性能，優(yōu)化了復(fù)合材料的孔隙率、透氣性和吸水膨脹率，顯著改善ATTP的膨脹容，此改變有利于細(xì)胞進(jìn)入復(fù)合材料生長代謝，以及支架與組織之間的物質(zhì)交換與營養(yǎng)代謝。動物實驗中，ATTP/缺鈣羥基磷灰石/聚己內(nèi)酯/膠原、ATTP /羥基磷灰石/聚己內(nèi)酯/膠原合成的復(fù)合材料分別植入大鼠顱骨1個月，在染色結(jié)果顯示材料與骨連接緊密，材料有輕微降解且有骨樣細(xì)胞形成，有很好的生物相容性，能夠明顯促進(jìn)骨生成[33]。該類復(fù)合材料為一種新的骨組織工程材料，在后續(xù)的研究中將進(jìn)一步評價材料對骨缺損修復(fù)效果的研究，以期獲得更好的成骨效果。

研究表明人骨力學(xué)性能壓縮強度為80～150MPa、彎曲強度50～120MPa、彈性模量3～20GPa[34]。查閱大量上述五種材料相關(guān)文獻(xiàn)，研究人員對材料的物理性的測試顯示5種材料的物理性能均滿足人骨物理性能，上述5種材料的物理性能之間沒有明顯的優(yōu)缺點，生物相容性均良好，無明顯的免疫反應(yīng)，主要差別是在于成骨能力的強弱。nHA/PA已經(jīng)通過臨床運用批準(zhǔn)，在頸椎修復(fù)手術(shù)中也取得了明顯的成果，具有良好的成骨能力；而其余4種材料中，COL/nHA/PLA成骨能力相對較高，可誘導(dǎo)成骨細(xì)胞生成，其他3種材料成骨能力相對較弱。

理想的人工骨應(yīng)具有以下特點：良好的孔隙率、力學(xué)性能、降解性、骨誘導(dǎo)能力、生物相容性、可塑性、黏附性和吸水膨脹率。目前的人工骨種類繁多，已完成了從單一材料到復(fù)合人工骨的轉(zhuǎn)換，使人工骨更加符合人骨的性質(zhì)和需求。但是，人工骨復(fù)合材料還存在許多不足，如材料的降解率與成骨速度不協(xié)調(diào)、部分材料與骨組織不能有效黏附、人工骨孔隙率與可塑性研究不足等問題，使得人工骨研究處于一個瓶頸期。隨著納米技術(shù)、組織工程技術(shù)和生物技術(shù)的發(fā)展與綜合, 人工骨必將迎來重大突破，為臨床上治愈骨相關(guān)疾病提供更好的選擇。