人工骨材料是指可以替代人體骨或者修復骨組織缺損的人工生物材料。
基本介紹
- 中文名：人工骨材料
- 類型：醫學概念
作用,分類,目標,
作用
1， 骨生成，骨生成材料中包含了具有分化成骨潛能的活細胞，具有骨形成作用；
2，骨傳導，植入材料通過促進宿主骨與移植材料表面的結合，引導骨形成；
3，骨誘導，其材料通過提供一種生物刺激，誘導局部細胞或移植的細胞分化形成成熟的成骨細胞。
分類
按材料的結構和性能大致可分為無機材料、有機材料和複合材料。
1，無機材料
使用較多的材料有磷酸鈣生物陶瓷、氧化矽生物玻璃、羥基磷灰石等。
（1）近乎惰性的晶體生物陶瓷：無生物活性，植入後與骨組織之間形成纖維膜，易鬆動脫落。臨床上得到廣泛套用的是氧化鋁，可用作人工髖關節假體部件；
（2）多孔陶瓷：包括多孔多晶氧化鋁和羥基磷灰石塗層的金屬，其特點為呈生物惰性，但在骨組織長入其縫隙時卻形成高度迂曲的曲面，從而提供了機械穩定性；
（3）表面活性陶瓷：生物活性玻璃、玻璃陶瓷和羥基磷灰石，其化學組成與人體骨組織相近，可藉助化學鍵直接與骨結合，即具有生物活性。有一種稱為ceravital的玻璃陶瓷，與骨結合性能甚好，已成功地套用於脊柱外科和製造人工骨盆。HA陶瓷多與其他材料複合使用，如HA與自體骨、自體紅骨髓、膠原、BMP、同種骨(脫鈣骨基質或去抗原自溶脫鈣同種骨)、煅石膏、聚合物和氧化鋁陶瓷等複合，可克服HA缺乏骨誘導性和顆粒性材料成形困難的缺點。HA植入後不吸收；
（4） 可吸收的陶瓷：在宿主體內逐漸吸收而被形成的新骨替代，以磷酸三鈣（TCP）為其代表。TCP之生物學特性與HA大致相同，其優於HA之處為植入後在體內緩慢降解吸收。現多用TCP作為載體複合各種生物活性因子使用，如TCP複合BMP．可發揮骨傳導與骨誘導之雙重作用。
2，有機材料
這種材料是從動物結締組織或皮膚中提取的，是進過特殊化學處理的蛋白質物質。由於其中含有某些成骨因子，因而具有較好的誘導成骨能力。此類材料包括膠原、骨形態發生蛋白以及各種成骨因子等。
（1） 膠原
Nehrers 等用UV交聯膠原海綿進行軟骨組織工程的研究，顯示支架支持細胞生長的效果良好。其中Ⅱ型膠原支架上的細胞保持較好表型,併合成較多的糖氨聚糖等胞外基質，Ⅰ型膠原支架上的細胞能很好擴增,但多數呈纖維細胞狀的形態，且僅有少量的細胞外基質合成。
（2） α- 聚酯
α- 聚酯為人工合成的有機高分子材料,其中研究較多且結果較理想的材料主要有聚乳酸(polylacticacid ,PLA) 、聚乙醇酸(polygiycolic acid ,PGA) 、聚乳酸- 乙醇酸共聚物( PL GA) 。
（3）骨生長因子
骨生長因子是由骨細胞產生，分泌到骨基質中的一些多肽，它們在骨組織的修復和形成過程中起著重要的調控作用。隨著基因工程技術的發展，許多骨生長因子如BMP、bFGF 等已能通過人工基因重組產生。目前還存在的問題是:
= 弄清各種生長因子各自的生物學特性以及多種生長因子聯合套用時的成骨效應、釋放順序等;
= 選擇出最理想的骨生長因子的釋放方式;
= 對其套用的安全性、功效及可靠性建立明確的定義及期望, 以便儘早套用於臨床。
3 複合材料
由於無機材料不易被吸收，尤其是經高溫灼燒的無機材料，植入後與周圍組織的界面長期存在；而有機材料雖然誘導成骨性能較好，但植入早期缺乏足夠的力學強度，且提取量較少；因而人工骨的研究趨向有向複合材料發展，即使材料含有有機和無機兩種成分，使之兼具二者的優點。
（1） 磷酸鈣複合人工骨 主要包括TCP 及HA 與膠原、骨生長因子等複合人工骨。肖建德等通過透射電鏡和掃描電鏡觀察了膠原羥基磷灰石(collagehydroxyapatite ,CHA) 誘導成骨的基本過程，觀察認為，在成骨過程中，膠原對間質細胞具有趨化作用和促分化作用，HA 起“核心作用”，並參與基質鈣化，促進新骨形成。
（2）聚合物複合人工骨 生物降解聚合物是近年生物材料研究領域中的一個熱點，通過技術加工可合成各種結構形態，一定的生物降解特性的各種聚合物。但它們無骨誘導活性，需與其它骨誘導因子複合套用才能取得良好效果。
（3）紅骨髓複合人工骨 骨髓(Bone marrow ,BM)由造血系統和基質系統 兩部分組成。人和動物健康紅骨髓的基質細胞中含有定向性骨祖細胞( determined osteogenic precursor cells ,DOPC) 和可誘導性骨祖細胞( inducible ostegenic precursor cells , IOPC) 。DOPC 具有定向分化為骨組織的 能力，IOPC 在誘導因子(如BMP) 作用下才能分化成骨。
（4）其它種類的複合人工骨 主要包括兩種以上材料組成的人工骨(如陶瓷、膠原與生長因子或有關細胞的複合人工骨) 及與多種生長因子複合的人工骨等。
目標
（1）生物活性物質的來源及其快速穩定的體外培養增殖；
（2）基質材料的生物力學強度，降解率及其與生物活性物質的親和力；
（3）將控釋系統引入基質材料，使基質材料負載的各種生長因子向生物活性細胞定量，持續釋放，利於細胞的生長和分化。將BMP基因或bFGF轉染骨髓基質細胞後能夠顯示出強大的成骨能力。對感染或腫瘤截骨術後所致的骨缺損，如基質材料能定量，持續釋放相應的抗生素或殺腫瘤藥，則臨床療效更佳。
