综述
生物活性玻璃基骨修复材料的研究进展
中华骨科杂志, 2019,39(7) : 440-448. DOI: 10.3760/cma.j.issn.0253-2352.2019.07.009
摘要

生物活性玻璃是一种生物活性材料,具有骨传导和骨诱导活性,在移植后可与宿主骨产生紧密结合并促进成骨。根据材料组成可分为硅酸盐生物活性玻璃、磷酸盐生物活性玻璃和硼酸盐生物活性玻璃等。目前硅酸盐生物活性玻璃最常见,而磷酸盐和硼酸盐生物活性玻璃具有较高的溶出降解速率。熔融法和溶胶-凝胶法是最基础的两种制造工艺,分别可制得熔融法生物活性玻璃和溶胶-凝胶生物活性玻璃,后者所需热处理温度低,具有较高的比表面积和更好的生物活性。经热处理可获得生物活性微晶玻璃,提升了力学强度但生物活性稍降低;经其他处理方式改变材料的结构尺寸可获得比表面积更高的纳米生物活性玻璃。在此基础上可制成3D支架,或与其他生物材料复合制成复合生物活性玻璃支架,获得具有分级或仿生结构的三维互通孔隙,以提升力学强度,增强其成骨活性并提供适宜宿主骨的机械支撑。但生物活性玻璃的生物活性在一定程度上依赖于降解速率,与机械强度间存在一定矛盾,可通过选择合适的孔隙率或可控的降解速率,满足早期支撑和成骨的共同需求。在基础研究方面,有研究证实生物活性玻璃溶出离子通过巨胞饮途径作用于细胞,上调相关基因表达促进成骨;生物活性玻璃的降解速率与结构和组成相关,可对生物活性玻璃降解过程中的力学强度变化进行定量预测;在结构力学及检验方法方面也有所进展。

引用本文: 许明悠, 刘永恒, 汪鹏生, 等.  生物活性玻璃基骨修复材料的研究进展 [J] . 中华骨科杂志, 2019, 39(7) : 440-448. DOI: 10.3760/cma.j.issn.0253-2352.2019.07.009.
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自体骨移植是骨缺损修复的金标准,但有取骨区并发症和取材受限等诸多限制;同种异体骨移植需脱矿处理避免排异反应,存在骨愈合不良、感染等风险。自体骨移植与同种异体骨移植的缺陷使骨移植替代物的研究有了很大进展。生物活性玻璃是一种具有骨传导和骨诱导能力的生物材料,在植入体内后不形成纤维组织包裹,表现出良好的生物相容性,可在表面形成磷酸钙层并与宿主骨形成紧密连接,具有促进骨组织再生修复的能力[1,2]。其生物活性与自身结构及组成相关,作为非晶体具有"近程有序、远程无序"的玻璃相结构,分子网络内成键连接程度较晶体低,不具有周期性网络结构[3];组成中Na2O和CaO含量较高,在接触体液时表现出较高的反应活性,溶解释放Na+、Ca2+、PO43-等离子,并吸附在材料表面形成碳酸羟基磷灰石(Hydroxyapatite carbonate,HCA)结晶,特定浓度的Ca和Si等离子通过激活信号通路上调基因表达,促进骨细胞的增殖与分化[1,4]。生物活性玻璃的组成可根据需要进行调整以获得适宜的特性,也可通过多种制造工艺获得不同的结构特征。除促进骨组织修复外还表现出在血管形成、软组织修复和抗菌方面的作用,已应用于治疗中耳、口腔颅面等部位疾病。然而传统的生物活性玻璃存在一定的缺陷,如强度低、脆性高,多不适用于力学环境较复杂的承重骨区。如何提升生物活性玻璃的材料力学强度成为研究热点。另外和表现生物活性相关的降解速率与生物活性玻璃的力学强度存在一定的矛盾,如何平衡二者的需求仍有待进一步研究。

 
 
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