聚磷酸酯β-tcp骨修复材料的制备及体外模拟生物矿化-高分子化学与物理专业论文.docx

1 绪 论引言目前，全世界 60 岁以上老年人口总数已达 6 亿，有 60 多个国家的老年人口达 到或超过人口总数的 10%，进入了人口老龄化的社会行列。据预测，在未来 20 年内， 美国超过 60 岁的人口几乎将增加一倍[1]，中国现有老龄人口已超过 1.44 亿，且每年 以近 600 万的速度增加[2]。由于这部分人口的增加，相应的，对老年人的护理的需求 也在增加。相比其他医疗保健领域，骨科领域能更切实地感受到这样一个老龄人口 的增加，因为他们将有更多的工作要做。在 1998 年，在美国实施了超过 30 万例的骨移植手术。在 1999 年，这一数字大幅攀升到了接近 50 万[3,4]。据估计这些手术的 花销大约为每年 25 亿美元。1.2 骨生物学骨组织有富含胶原蛋白的细胞外基质，是体内结缔组织的一种。骨组织在人体 中发挥了三个功能：能够附着肌肉从而对人的身体起到支撑功能；对内部器官和骨 髓起到了防护罩功能；提供离子储存的功能，这些离子对身体的正常生理功能至关 重要[5]。骨组织之所以是一类独特的组织，部分原因归功于它能够让盐形成晶体并且 还能让它们沉积下来。这些盐在细胞外基质矿化，形成一个有强度和硬度的外壳， 从而保护了里面的细胞，同时，骨自身还有一定的弹性。钙和磷酸盐，按照一定比 例形成羟基磷灰石组成了这个矿化外壳的主要部分，也正是细胞外基质为该过程提 供必需的钙离子和磷酸盐。皮质骨是大多数骨的外层，大部分的长骨也是皮质骨（见图 1.1）。皮质骨的矿 化程度达到 80～90%，它只有很少的孔和中空的部分，因此它有相应的强度，能够 达到一定的机械强度从而保护我们的身体。第二类骨叫松质骨，它们的密度远小于皮质骨，常见于大多数骨的内层，矿化程度只有 15～25%，虽不能在支撑身体结构上发挥作用，但它们富含骨髓、血管和结缔组织，对骨小梁的代谢起了重要的作用。Figure 1.1Schematic of cortical bone containing haversion canals, and intramedullary bone. (image from )1.3 骨组织修复在骨移植领域，目前的金标准是自体移植，即移植的骨组织来源于患者，通常 是从髂骨、股骨远端及近端胫骨取得的，然后用它替换损伤部位[6]。这种骨组织在骨 移植中十分理想，因为它拥有新骨生长所必需的三要素，即骨传导性、骨生成性和 骨诱导性。骨传导性是指新的造骨细胞和骨原细胞能附着在移植骨组织上，同时移 植骨组织还提供了一个互联的结构，让细胞得以迁入，新的血管也能在此形成。骨 生成性是指骨移植中现有骨与移植骨组织能共存。最后，骨诱导性是指移植骨组织 能够诱导未分化的干细胞或骨原细胞分化为成骨细胞。虽然自体骨移植提供了最佳 的替代组织来修补骨缺损部位，但这种方法也不是没有缺点，在取得移植骨组织时 需要额外的手术，并且由此可导致并发症，最常见的并发症是短期的疼痛，但也有 可能是偶尔出现的长期疼痛。在所有手术案例中这些并发症的发病率为 20%，被称 为供区并发症[6,7]。此外，自体骨移植存在供应量的限制问题，不可能无限取得。除了自体移植，另一种备选方案是同种异体移植，即移植的骨组织来自于捐献者或者尸体，从而能克服自体骨移植的一些缺点，例如不会有供区并发症，也不会有移植物供应不足的问题。然而，同种异体移植仍然存在风险。由于是由捐献者提 供的组织，病毒可以从捐献者传播到患者，这是风险之一。虽然可以通过很多手段 来降低这样的风险，例如组织冷冻，冷冻干燥，以伽玛辐射、电子束辐射、环氧乙 烷灭菌等等，但是这样的风险仍然存在[8]。据估计，由于骨移植而感染艾滋病毒的比 例，约为 160 万分之一。已经报道过了一起由于骨移植，感染了乙型肝炎的案例， 以及三起感染丙型肝炎的案例[9]。尽管自体移植和同种异体移植有这么多的优点，但他们仍然有很多不足，这迫 使我们去寻求更合适的替代物。下文介绍目前研究和使用的骨组织修复材料。1.3.1 以同种异体移植物为基体的骨修复材料从 20 世纪 80 年代起，同种异体移植物的使用就在不断增加，主要原因是组织 捐献网络的形成，让更远的地方能够即时得到消息，可以互通有无。同时捐献者与 接受者的严格匹配筛选以及更先进的组织处理方法，降低了同种异体移植的风险， 大众也更愿意接受同种异体移植了。这种骨移植替代物可以单独使用，也可以复合 其他的材料。如图 1.2 所示 Wright Medical Technologies 公司生产的 Allogro 牌脱钙骨 基质（DBM）。Figure 1.2Produced by Wright Medical Technologies, Allogro is demineralized bone matrix.G