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寻找可降解的骨内固定材料

2008-10-13 易生物新闻 来源:科学时报 浏览次数:0 网友评论 0

骨科内固定材料是许多骨折病人手术时需要用到的手术器材。目前在临床上应用的传统骨科内固定材料主要有不锈钢、钛合金等。这些都是永久性植入材料,需要在病人骨折愈合后进行二次手术取出,大大增加了患者的痛苦和经济负担。有没有一种能够被人体吸收的材料作为骨内...

骨科内固定材料是许多骨折病人手术时需要用到的手术器材。目前在临床上应用的传统骨科内固定材料主要有不锈钢、钛合金等。这些都是永久性植入材料,需要在病人骨折愈合后进行二次手术取出,大大增加了患者的痛苦和经济负担。

有没有一种能够被人体吸收的材料作为骨内固定手术的器材呢?上海交通大学材料科学与工程学院张小农博士与该校附属第六人民医院骨科主任蒋垚等领导的研究组进行的新材料研究为上述问题提供了答案。

张小农课题组在国家自然科学基金、上海交通大学医工交叉基金等资助下开展了新型可降解吸收金属基生物材料的有关研究工作,并取得了重要进展,成果发表在近期出版的《科学通报》第16期上。

现实需求催生新材料研究

骨钉、髓内针等是目前临床上常用的骨内固定器械。它们主要是用不锈钢、钛合金等材料制成。张小农介绍说:“现有骨内固定材料弹性模量远高于人骨,用于骨固定可能会引起应力遮挡效应,使骨骼受损部位得不到必要的应力刺激,导致愈合不完全,骨骼强度下降,骨愈合延迟,容易再次骨折,甚至引起手术失败;而且这些材料大多含有毒性金属元素,在人体内会缓慢释放有毒离子,诱发炎症,对人体产生不利影响;还有一点值得引起重视的是目前常用材料多为永久性植入材料,病人骨折愈合后,需要进行二次手术取出,增加了患者的痛苦和经济负担。”

虽然目前临床上也有一些可降解的聚合物(如聚乳酸类)骨内固定材料已经投入使用,但这种聚合物也存在力学性能差、酸性降解产物引发炎症等问题。

“针对这些弊端,发展可降解金属生物材料具有重要价值。”张小农说,“国际上对可降解吸收的金属材料研究已开始起步,如欧洲的德国、瑞士等研究的稀土镁合金、镁铝锌合金等,国内许多研究机构也在研究镁钙合金、镁锰锌合金等,这些研究都针对骨科植入器械、血管内支架等领域开发目标产品。资料显示,国外稀土镁合金的血管支架已经进行了人体实验,但目前临床还没有投入使用的产品。”

镁锌合金的五大优势

张小农课题组是依据生物相容性、力学性能和降解性能的综合要求,来设计新型可降解吸收金属材料的。

他们选择的研究对象是由全部营养元素组成的生物镁合金材料。张小农指出,镁作为人体必需的营养元素,具有良好的生物安全性基础,利用镁与水的腐蚀反应,开发体内可降解吸收的镁合金生物材料已被证明是科学的、可行的。

据张小农介绍,他们研究的镁锌合金主要有五个特点:第一,体内可降解。该材料被植入人体后,经过一定时期,骨折愈合后,完成固定任务,可以在体内降解,被人体逐渐吸收,可免去二次取出手术,减轻患者痛苦和经济负担。第二,力学性能优良。镁合金弹性模量与人骨接近,可以有效降低应力遮挡效应,同时其力学性能,如拉伸强度等远高于目前临床应用的可降解高分子聚合物材料,可以更好地满足临床需求。第三,生物安全性好。镁是人体必需的营养元素,对人体的新陈代谢等生理作用至关重要。此外镁、锌元素可以促进骨细胞生长,促进骨折愈合,而过量的镁则可以通过肾脏有效排出体外,不会对人体造成伤害。张小农课题组的研究表明,镁合金棒材植入兔子骨骼内后在18周之内会发生持续降解,而且降解过程并未对兔子的心、肝、脾、肾脏等重要脏器产生不利影响,兔子的血镁浓度在实验过程中始终保持正常水平。动物实验也表明,所用镁锌合金在降解过程中,锌每天的释放量低于0.1mg,大大低于人体必需的摄入量。这些结果充分说明了所用镁锌合金的生物安全性优良。第四,良好的杂质控制水平,课题组采用高纯度的原材料和高洁净度的熔炼制备方式,获得了高纯度的合金材料,除加入的合金元素外,杂质(如铝、铁等)含量控制在0.01%以下。第五,完全自主知识产权。目前张小农课题组所设计的一系列可降解镁锌合金材料已经得到发明专利授权,具备了良好的商业化应用基础。
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