生物活性骨水泥材料

第五节生物活性骨水泥材料,5.1骨水泥概述,水泥关节,水泥实际上一类无机或有机及其混合物粉末材料，在常温下当它与水或水溶液拌和后所形成的浆体，经过一系列化学、物理作用后，能够逐渐硬化并形成具有一定强度的人造石。,水泥与玻璃和陶瓷相比具有（1）易塑形（2）自硬化作为骨水泥，除了易塑形和凝固后一定的强度，同时还必须具有生物相容性。,5.2硫酸钙骨水泥硫酸钙(俗称石膏)，早在1894年就用做人工骨材料，主要特性是降解速度快(在很大程度上是硫酸钙微溶于水)，自硬性强度高，在短时间内达到较高强度因此在医学上主要用于骨外固定材料、矫形外科、骨缺损填充。,硫酸钙,由于降解速度太快，在骨组织形成之前，强度衰减快，起不到有效支撑重力作用，这些缺点限制了其广泛应用。直到1985年通过改造材料的晶型结构控制了其降解速率后，这一来源充足、价格低廉、灭菌方便、制作工艺简单的生物材料才获得广泛临床应用。,5.2.1硫酸钙的制备、结构与性能硫酸钙分子式为CaSO42H20（生石膏）,属单斜晶系，它由无水硫酸钙加水凝固结晶而成，凝固时间、凝固物强度和表面硬度视水量和硫酸钙配比而定，凝固时间一般需数分钟。另外，加入化学试剂可加速或延缓凝固时间，如无水硫酸钙与4K2SO4溶液混合能加快凝固，而与0.41硼酸纳溶液则延缓凝固。,医用硫酸钙是半水硫酸钙(CaSO41/2H2O，熟石膏)，由含两个水分子的硫酸钙经加热及特别处理(特殊制造方法)而成，它的晶型结构均匀，整个材料降解速度均匀，与水拌合后形成一种塑性体，这种塑性体经过一段时间又变成具有一定机械强度的固体。,5.2.2硫酸钙水泥在医学中的应用硫酸钙早期主要用于外科固定用绷带，新工艺形成的硫酸钙使其在骨缺损填充、矫形外科等方而得到了应用，如用于牙周骨缺损、胫骨创伤性缺损、股骨骨折、骨囊肿、纤维发育不良、内生软骨瘤、单防性骨囊肿、巨细胞瘤手术后缺损等。,用于外科固定用绷带,石膏夹板固定骨折修复,石膏修复牙齿,5.3磷酸钙骨水泥,磷酸钙骨水泥具有优良的生物学和力学性能,但是普通的磷酸钙骨水泥的固化产物羟基磷灰石虽然含有微孔结构,其孔径大小多在微米以下至数微米之间,孔径不能允许细胞及血管的透过和生长,这类骨水泥在人体中非常稳定,吸收和降解通常仅发生在骨水泥的表面且吸收速率非常缓慢,且一般不具有诱导成骨活性,骨爬行替代时间较长,一定程度上限制了其临床应用价值。,磷酸钙骨水泥镜下观察,5.3.1磷酸钙骨水泥人工骨(CPC),磷酸钙骨水泥经过不同的制备,将其植入动物模型体内,进行了细胞毒性、短期肌肉内植入、骨缺损修复等实验,证明其具有良好的生物相容性和成骨效果,有一定空间结构及机械强度和生物降解性,安全无毒,并可作为细胞因子、抗菌素等的理想载体。,5.3.2自固化磷酸钙人工骨,动物实验和临床应用都证实自固化磷酸钙人工骨具有良好的生物相容性和骨传导作用,能保持一定的刚度和强度。其生物降解效应有利于骨组织的改建和塑型,是目前较为理想的骨移植材料,具有良好的临床应有用前景。,5.3.3携载重组人骨形态发生蛋白2(rhBMp2)微球的新型复合人工骨,采用复乳酸溶剂挥发方法制备携载重组人骨形态发生蛋白2的聚乳酸与聚(乳酸-羟基乙酸)共聚物(PLGA)微球,并将其与rhBMP-2/磷酸钙骨水泥(CPC)复合,制备出携载重组人骨形态发生蛋白2微球的新型复合人工骨。,通过体内、体外实验研究证实,携载rhBMP-2/PLGA微球/磷酸钙骨水泥新型复合人工骨具有良好的生物相容性和活性因子缓种功能;而且载有重组人骨形态发生蛋白-2的聚(乳酸-羟基乙酸)共聚物微球的掺入可提高rhBMP-2/磷酸钙骨水泥材料rhBMP-2的体外释放速度;植入体内后,与单纯rhBMP-2/磷酸钙骨水泥材料相