硼硅酸鹽生物玻璃增強PMMA骨水泥臨床研究
骨質疏松性骨折是世界范圍內最嚴重的健康問題之一,聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)骨水泥作為填充固定材料被廣泛應用于骨科修復領域。但是由于PMMA的生物惰性,因此體內長期植入后,易發(fā)生滑脫、移位,且易造成周圍骨的二次骨折等臨床并發(fā)癥。因此向PMMA基體引入能與骨組織形成良性界面的生物活性材料是解決PMMA骨水泥生物惰性的有效途徑。
近日,中國科學院深圳先進技術研究院潘浩波研究員,崔旭副研究員,柳州工人醫(yī)院李兵教授合作在ACS Appl. Mater. Interfaces在線發(fā)表題目為“Biological Fixation of Bioactive Bone Cement in Vertebroplasty: The First Clinical Investigation of Borosilicate Glass (BSG) Reinforced PMMA Bone Cement”的文章,張浩、崔穎琳、卓祥龍為論文的第一作者。本研究開發(fā)了一種兼具力學支撐與促進成骨性能的可注射性生物活性骨水泥(BSG/PMMA 骨水泥),是一種具有良好的可注射性的產品,注入椎體后可快速固化并對骨折椎體提供支撐,恢復其原有高度;同時,其中的硼硅酸玻璃可以降解促進骨整合,使骨與BSG/PMMA 骨水泥形成良好的骨性結合。
論文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c15250
據(jù)報道,弱堿性pH能為新骨形成提供有利的環(huán)境——成骨細胞的活性顯著增加,而破骨細胞的活性受到顯著抑制,因此堿性pH微環(huán)境對于誘導骨骼生長至關重要,尤其是在骨質疏松癥患者中。根據(jù)ISO 5833中對PMMA骨水泥性能的要求,以10- BSG/PMMA骨水泥為研究對象;以商品PMMA骨水泥(OSTEOPAL? plus)作為對照,發(fā)現(xiàn)對照組的pH值基本穩(wěn)定在7.3左右,并無明顯波動。而實驗組從一開始的pH9.5左右,到1 h后pH逐漸下降,7 h后pH值降低為8.7左右并持續(xù)穩(wěn)定,使材料表界面形成了堿性離子微環(huán)境。且實驗組可持續(xù)釋放Ca2+、Sr2+等對成骨有益的離子,并能有效提高hBMSC的成骨相關基因的表達,顯著抑制RAW264.7的破骨相關基因。表明其具有體外成骨性能。并且由于10-BSG/PMMA骨水泥在體內植入后可抑制活化的M1型巨噬細胞,而M1型巨噬細胞已被發(fā)現(xiàn)可激活破骨細胞生成并增加破骨細胞活性的細胞因子,從而導致骨吸收,因此10-BSG/PMMA骨水泥在調節(jié)局部骨免疫學以增強骨再生方面顯示出良好的潛力。
通過將10- BSG/PMMA 骨水泥和對照組OSTEOPAL?plus植入植入山羊椎體中進行骨整合實驗的探究,兩者安全性和有效性基本相同,但10- BSG/PMMA 骨水泥的骨形成量高于對照組。因此,該新材料可誘導骨形成來增加骨量,有效降低因骨密度低而繼發(fā)性骨折的風險。
臨床試驗顯示,10-BSG/PMMA骨水泥順利注入骨質疏松性椎體壓縮性骨折 (OVCF) 患者的椎體缺損處,無并發(fā)癥且無骨水泥滲漏,手術后不久,患者報告背部疼痛明顯減輕?;颊咴谑中g前后標記了VAS疼痛評分,即使在術后24小時也顯著降低,手術后Cobb角也顯著減小。這項臨床試驗證實了10-BSG/PMMA骨水泥可能用于加固和穩(wěn)定受損椎骨。后續(xù)有望作為椎體成形術的生物材料,通過改善宿主骨的生物反應來克服 PMMA 的缺點。
該工作得到科技部重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、中科院前沿重點研發(fā)計劃、深圳科技創(chuàng)新委重點研究計劃、廣西自然科學基金項目支持。
圖1 BSG/PMMA骨水泥的制備及BSG/PMMA骨水泥促進骨修復的示意圖
圖2 10-BSG/PMMA骨水泥進行的人體臨床試驗
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