人工骨简述.ppt

人工骨简述 目录1 人工骨的定义2 主要材料3 材料的分类和说明4 材料存在的优缺点和存在的问题5 人工骨材料的改进方法6 未来的展望 人工骨 定义 人工骨是一种具有生物功能的新型无机非金属材料 它类似于人骨与天然牙性质的结构 人造骨可以依靠从人体体液补充某些离子形成新骨 可在骨骼结合界面发生分解 吸收 析出等反应 实现骨骼牢固结合 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 无机材料如磷酸三钙 羟基磷灰石 氧化铝生物陶瓷等 可以替代人体头盖骨 肩 臂 指 关节等 一 医用生物陶瓷材料生物活性陶瓷 主要指磷灰石 AP 包括羟基磷灰石 HAP 和磷酸三钙 TCP 等 二 医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 医用复合材料磷酸钙复合人工骨材料 聚合物复合人工骨材料 红骨髓复合人工骨材料 四 纳米人工骨纳米羟基磷灰石 nHAP TCP合成纳米松质骨 氧化锆 氧化铝 羟基磷灰石 磷酸三钙 可降解聚乳酸 聚甲基丙烯酸甲酯 聚乙醇酸 材料的优点和存在的问题1 羟基磷灰石优点 具有良好的生物活性和生物相容性 植入人体后能在短时间内与人体的软硬组织形成紧密结合 是一种性能非常优良的骨修复材料 缺点 单晶易碎 强度差 韧性差的缺点制约了羟基磷灰石的临床应用 2 磷酸三钙 优点 具有良好亲和性的生物陶瓷材料 通过体液的侵蚀和细胞的吞噬作用被机体部分或完全吸收而被取代 在骨缺损修复中起暂时的骨性支架作用 能促进骨组织的生长 TCP材料降解后可释放钙离子和磷酸根离子 它们可以正常的方式被利用或排出 不会引起机体脏器组织学改变或病理性钙化 缺点 材料的抗弯强度低 脆性大 在生理环境中的疲劳与破坏强度不高 尤其在湿环境下断裂韧性很低 为一种典型的脆性材料它只能应用于不承受负荷或仅承受纯压应力负荷的情况 使其应用受到较大的限制 3 聚乳酸 PLA 优点 有良好的组织相容性和生物降解性 缺点 易致迟发性组织反应 如植入部位肿胀 无菌性窦道形成等 且降解吸收时间长不利于骨修复 4 聚乳酸聚乙醇酸共聚物 PLG 优点 具有适宜的生物降解特性和力学性能及可加工性 它在体内降解时间为半年左右 这与骨骼自身修复周期相仿 在降解过程中强度逐渐下降 应力可以慢慢转移至骨折部位 这能刺激成骨细胞快速生长促进骨愈合 缺点 降解过程中局部酸性产物的积累可导致材料植入部位出现非感染性炎症 从而影响了骨折的愈合过程 化学结构中因缺乏亲水基团而使其材料表面产生了强疏水性 这影响了它与细胞的亲和性 PLG材料中生长因子的突释也是一个需要解决的问题 释放初期的突释有可能导致生长因子的局部浓度接近或超过中毒水平 产生明显的不良反应 面对这些缺点我们要如何改进这些材料呢 通过不同材料的复合和做成纳米级的结构可以综合这些材料的优点 弥补材料的缺陷 从而提高材料的性能 羟基磷灰石是自然骨结晶部分的主要成分 具有良好的生物相容性和骨传导作用 可以引导骨的生长 并与骨组织形成牢固的骨性结合 是公认性能良好的骨修复替代材料 但它的抗疲劳强度却不佳 不能作为承重的结构材料使用 且降解性差 不能完全满足骨替代材料的的要求 聚乳酸具有较好的热成型性 通过调整分子量和结构等可调节其降解速度 以满足不同的临床要求 故在骨组织工程领域中能基本满足作为细胞生长载体材料的要求 但其机械强度较差 且降解产物略呈酸性 易引起体内炎症反应 基于两种材料的缺陷研制羟基磷灰石聚乳酸复合材料 一方面可提高材料的韧性 满足骨植入替代材料的机械强度要求 另一方面 聚乳酸的酸性降解产物可被羟基磷灰石缓冲 同时羟基磷灰石的骨诱导性可提供良好的骨细胞生长环境 多孔结构则为细胞生长 组织再生及血管化提供条件 从而更加符合骨组织工程材料的生物学要求 虽然诸多研究表明该材料存在无机微粒在聚合物相中的分散程度还不是太理想 界面结合力不够牢固 材料的降解速率也还不能很好地控制等 但随着纳米羟基磷灰石的制备工艺及聚乳酸合成工艺的不断改善和进步 该材料的生物学性能和力学性能将会得到更好的完善 展望理想的骨组织工程细胞外基质材料的要求 1 有良好的生物相容性 除满足生物医用材料的一般要求 如无毒 不致畸等 之外 还要利于种子细胞黏附 增殖 降解产物对细胞无毒害作用 不引起炎症反应 甚至利于细胞生长和分化 2 良好的生物降解性 基质材料在完成支架作用后应能降解 降解率应与组织细胞生长率相适应 降解时间应能根据组织生长特性作人为调控 3 具有三维立体多孔结构 基质材料可加工成三维立体结构 利于细胞黏附生长 细胞外基质沉积 营养和氧气进入 代谢产物排出 也有利于血管和神经长入 4 可塑性和一定的机械强度 基质材料具有良好的可塑性 可预先制作成一定形状 并具有一定的机械强度 为新生组织提供支撑 并保持一定时间直至新生组织具有自身生物力学特性 5 易消毒性 细胞与材料的黏附是基础 细胞必须与材料发生适当的黏附 才能进行迁移 分化和增殖 因此 新材料的开发和应用要更有利于细胞的黏附特别是提高成骨细胞黏附率 减少内皮细胞 成纤维细胞的黏附 寻找理想的基质材料通过控释系统使其负载各种生长因子或激素 向种子细胞定量 持续释放 将有利于细胞的生长和分化 如负载血管内皮生长因子的聚合物基质材料可刺激组织的血管再生 纳米级骨修复材料具有传统材料无可比拟的生物学性能 已在组织工程和生物材料研究中显示出广阔的应用前景 将不同生物材料复合加工 研制出类似人骨的材料 将是今后骨修