人工骨簡述.ppt

人工骨簡述 目錄1 人工骨的定義2 主要材料3 材料的分類和說明4 材料存在的優(yōu)缺點(diǎn)和存在的問題5 人工骨材料的改進(jìn)方法6 未來的展望 人工骨 定義 人工骨是一種具有生物功能的新型無機(jī)非金屬材料 它類似于人骨與天然牙性質(zhì)的結(jié)構(gòu) 人造骨可以依靠從人體體液補(bǔ)充某些離子形成新骨 可在骨骼結(jié)合界面發(fā)生分解 吸收 析出等反應(yīng) 實現(xiàn)骨骼牢固結(jié)合 主要材料 人工骨材料主要有高分子合成材料如聚甲基丙烯酸甲酯 高密度聚乙烯等 無機(jī)材料如磷酸三鈣 羥基磷灰石 氧化鋁生物陶瓷等 可以替代人體頭蓋骨 肩 臂 指 關(guān)節(jié)等 一 醫(yī)用生物陶瓷材料生物活性陶瓷 主要指磷灰石 AP 包括羥基磷灰石 HAP 和磷酸三鈣 TCP 等 二 醫(yī)用生物高分子材料可降解聚乳酸 PLA 聚甲基丙烯酸甲酯 PMMA 聚乙醇酸 PGA 三 醫(yī)用復(fù)合材料磷酸鈣復(fù)合人工骨材料 聚合物復(fù)合人工骨材料 紅骨髓復(fù)合人工骨材料 四 納米人工骨納米羥基磷灰石 nHAP TCP合成納米松質(zhì)骨 氧化鋯 氧化鋁 羥基磷灰石 磷酸三鈣 可降解聚乳酸 聚甲基丙烯酸甲酯 聚乙醇酸 材料的優(yōu)點(diǎn)和存在的問題1 羥基磷灰石優(yōu)點(diǎn) 具有良好的生物活性和生物相容性 植入人體后能在短時間內(nèi)與人體的軟硬組織形成緊密結(jié)合 是一種性能非常優(yōu)良的骨修復(fù)材料 缺點(diǎn) 單晶易碎 強(qiáng)度差 韌性差的缺點(diǎn)制約了羥基磷灰石的臨床應(yīng)用 2 磷酸三鈣 優(yōu)點(diǎn) 具有良好親和性的生物陶瓷材料 通過體液的侵蝕和細(xì)胞的吞噬作用被機(jī)體部分或完全吸收而被取代 在骨缺損修復(fù)中起暫時的骨性支架作用 能促進(jìn)骨組織的生長 TCP材料降解后可釋放鈣離子和磷酸根離子 它們可以正常的方式被利用或排出 不會引起機(jī)體臟器組織學(xué)改變或病理性鈣化 缺點(diǎn) 材料的抗彎強(qiáng)度低 脆性大 在生理環(huán)境中的疲勞與破壞強(qiáng)度不高 尤其在濕環(huán)境下斷裂韌性很低 為一種典型的脆性材料它只能應(yīng)用于不承受負(fù)荷或僅承受純壓應(yīng)力負(fù)荷的情況 使其應(yīng)用受到較大的限制 3 聚乳酸 PLA 優(yōu)點(diǎn) 有良好的組織相容性和生物降解性 缺點(diǎn) 易致遲發(fā)性組織反應(yīng) 如植入部位腫脹 無菌性竇道形成等 且降解吸收時間長不利于骨修復(fù) 4 聚乳酸聚乙醇酸共聚物 PLG 優(yōu)點(diǎn) 具有適宜的生物降解特性和力學(xué)性能及可加工性 它在體內(nèi)降解時間為半年左右 這與骨骼自身修復(fù)周期相仿 在降解過程中強(qiáng)度逐漸下降 應(yīng)力可以慢慢轉(zhuǎn)移至骨折部位 這能刺激成骨細(xì)胞快速生長促進(jìn)骨愈合 缺點(diǎn) 降解過程中局部酸性產(chǎn)物的積累可導(dǎo)致材料植入部位出現(xiàn)非感染性炎癥 從而影響了骨折的愈合過程 化學(xué)結(jié)構(gòu)中因缺乏親水基團(tuán)而使其材料表面產(chǎn)生了強(qiáng)疏水性 這影響了它與細(xì)胞的親和性 PLG材料中生長因子的突釋也是一個需要解決的問題 釋放初期的突釋有可能導(dǎo)致生長因子的局部濃度接近或超過中毒水平 產(chǎn)生明顯的不良反應(yīng) 面對這些缺點(diǎn)我們要如何改進(jìn)這些材料呢 通過不同材料的復(fù)合和做成納米級的結(jié)構(gòu)可以綜合這些材料的優(yōu)點(diǎn) 彌補(bǔ)材料的缺陷 從而提高材料的性能 羥基磷灰石是自然骨結(jié)晶部分的主要成分 具有良好的生物相容性和骨傳導(dǎo)作用 可以引導(dǎo)骨的生長 并與骨組織形成牢固的骨性結(jié)合 是公認(rèn)性能良好的骨修復(fù)替代材料 但它的抗疲勞強(qiáng)度卻不佳 不能作為承重的結(jié)構(gòu)材料使用 且降解性差 不能完全滿足骨替代材料的的要求 聚乳酸具有較好的熱成型性 通過調(diào)整分子量和結(jié)構(gòu)等可調(diào)節(jié)其降解速度 以滿足不同的臨床要求 故在骨組織工程領(lǐng)域中能基本滿足作為細(xì)胞生長載體材料的要求 但其機(jī)械強(qiáng)度較差 且降解產(chǎn)物略呈酸性 易引起體內(nèi)炎癥反應(yīng) 基于兩種材料的缺陷研制羥基磷灰石聚乳酸復(fù)合材料 一方面可提高材料的韌性 滿足骨植入替代材料的機(jī)械強(qiáng)度要求 另一方面 聚乳酸的酸性降解產(chǎn)物可被羥基磷灰石緩沖 同時羥基磷灰石的骨誘導(dǎo)性可提供良好的骨細(xì)胞生長環(huán)境 多孔結(jié)構(gòu)則為細(xì)胞生長 組織再生及血管化提供條件 從而更加符合骨組織工程材料的生物學(xué)要求 雖然諸多研究表明該材料存在無機(jī)微粒在聚合物相中的分散程度還不是太理想 界面結(jié)合力不夠牢固 材料的降解速率也還不能很好地控制等 但隨著納米羥基磷灰石的制備工藝及聚乳酸合成工藝的不斷改善和進(jìn)步 該材料的生物學(xué)性能和力學(xué)性能將會得到更好的完善 展望理想的骨組織工程細(xì)胞外基質(zhì)材料的要求 1 有良好的生物相容性 除滿足生物醫(yī)用材料的一般要求 如無毒 不致畸等 之外 還要利于種子細(xì)胞黏附 增殖 降解產(chǎn)物對細(xì)胞無毒害作用 不引起炎癥反應(yīng) 甚至利于細(xì)胞生長和分化 2 良好的生物降解性 基質(zhì)材料在完成支架作用后應(yīng)能降解 降解率應(yīng)與組織細(xì)胞生長率相適應(yīng) 降解時間應(yīng)能根據(jù)組織生長特性作人為調(diào)控 3 具有三維立體多孔結(jié)構(gòu) 基質(zhì)材料可加工成三維立體結(jié)構(gòu) 利于細(xì)胞黏附生長 細(xì)胞外基質(zhì)沉積 營養(yǎng)和氧氣進(jìn)入 代謝產(chǎn)物排出 也有利于血管和神經(jīng)長入 4 可塑性和一定的機(jī)械強(qiáng)度 基質(zhì)材料具有良好的可塑性 可預(yù)先制作成一定形狀 并具有一定的機(jī)械強(qiáng)度 為新生組織提供支撐 并保持一定時間直至新生組織具有自身生物力學(xué)特性 5 易消毒性 細(xì)胞與材料的黏附是基礎(chǔ) 細(xì)胞必須與材料發(fā)生適當(dāng)?shù)酿じ?才能進(jìn)行遷移 分化和增殖 因此 新材料的開發(fā)和應(yīng)用要更有利于細(xì)胞的黏附特別是提高成骨細(xì)胞黏附率 減少內(nèi)皮細(xì)胞 成纖維細(xì)胞的黏附 尋找理想的基質(zhì)材料通過控釋系統(tǒng)使其負(fù)載各種生長因子或激素 向種子細(xì)胞定量 持續(xù)釋放 將有利于細(xì)胞的生長和分化 如負(fù)載血管內(nèi)皮生長因子的聚合物基質(zhì)材料可刺激組織的血管再生 納米級骨修復(fù)材料具有傳統(tǒng)材料無可比擬的生物學(xué)性能 已在組織工程和生物材料研究中顯示出廣闊的應(yīng)用前景 將不同生物材料復(fù)合加工 研制出類似人骨的材料 將是今后骨修