可注射性骨水泥综述

可注射性骨水泥综述第一页，共三十八页，2022年，8月28日Question什么是可注射性骨水泥？常见的注射性骨水泥有哪些？作为可注射性人体替代骨需要满足什么要求？骨水泥应用技术有哪些？应用在哪些方面？第二页，共三十八页，2022年，8月28日可注射性骨水泥可注射性骨水泥人工合成无机材料人工合成有机生物大分子复合材料和组织工程材料磷酸钙骨水泥硫酸钙骨水泥丙烯酸骨水泥复合物单一材料在生物学及力学角度大多都存在缺陷复合+胶原、珊瑚…骨水泥是在骨矫形修复过程中,用于填补缺损和固定移植体的材料。第三页，共三十八页，2022年，8月28日理想的可注射性骨水泥[1][1]LowKL,TanSH,ZeinSH,RoetherJA,MourinoV,BoccacciniAR.Calciumphosphate-basedcompositesasinjectablebonesubstitutematerials.JBiomedMaterResBApplBiomater.2010;94:273-86.生物相容性好固化过程放热少组成、结构、性能与人体骨组织相近的生物活性骨水泥第四页，共三十八页，2022年，8月28日丙烯酸骨水泥自1996年英国医生Charnley首次将聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)用于固定矫形移植体以来,PMMA骨水泥的应用对人工关节的发展起过巨大推动作用,并在骨缺损、骨癌刮除后的空洞填充修复中得到了广泛应用。+：PMMA骨水泥成型容易,使用方便-：PMMA属于生物惰性材料，不能与宿主骨组织形成有机的化学界面结合，另外凝固聚合过程中产生热量、单体的细胞毒性作用、可操作时间有限等不足也限制了其临床应用PMMA固相为聚甲基丙烯酸甲酯液相为甲基丙烯酸甲酯共混（放热）聚合反应固化PMMA粉末为5um~130um直径的小球。无气味，性能稳定。

MMA为无色液体，在一定条件下能自行聚合固化成聚合体PMMA第五页，共三十八页，2022年，8月28日PMMA骨水泥产品国外产品CMW(Howmedica)Coriplast3(Corin)OsteoBond(Zimmer)Osteopal(Biomet)Palacos（Biomet）SimplexP(Howmedica)Sulfix-6(Sulzer)ZimmerLVC(Zimmer)国内产品：TJ骨水泥（天津）骨固着剂（四川）高效能骨水泥（上海）SH-1型骨水泥（上海）相同——基本成分目前市售的各种品牌的骨水泥其基本成分均是相同的，即甲基丙烯酸甲酯（PMMA）。差别——添加成分各种品牌的骨水泥其添加成分有极大的差别。如促进剂、阻抑剂、显影剂、抗生素、抗癌药、骨粉、HA等。第六页，共三十八页，2022年，8月28日PMMA骨水泥技术第一代骨水泥技术：手工搅拌，指压填充第二代骨水泥技术：手工搅拌，骨水泥枪填充第三代骨水泥技术：离心搅拌/真空搅拌，骨水泥枪填充调制过程中不会有碎屑脱落而混入骨水泥减少固化骨水泥中空泡的目的第七页，共三十八页，2022年，8月28日PMMA骨水泥不足假体磨损：不仅可磨损聚乙烯，也能磨损金属假体心血管系统反应：低血压、猝死等假体松动：除与聚乙烯碎屑有关外，还和骨水泥碎屑有关骨组织损伤：聚合时产热细胞毒性：主要是单体降低局部抗感染力，骨-骨水泥界面是细菌易繁殖区

过敏反应：主要是单体因使用骨水泥而发生休克、肺栓塞、心肌梗死和猝死的病例，国内外均有报道。虽然这些并发症极少发生，但危害极大，应引起高度重视。为了预防和减少骨水泥应用过程中全身性反应的发生，充填骨水泥前，应通知麻醉医师，注意观察血压变化，必要时可适当地采用升压措施真空搅拌、脉冲加压冲洗和骨水泥枪由深至浅注入骨水泥可以减少单体、空气、血凝块和脂肪颗粒等进入血液，减轻毒性作用和降低栓塞的可能性。第八页，共三十八页，2022年，8月28日PMMA骨水泥复合物虽然PMMA骨水泥成型容易,使用方便,但由于其生物相容性差,与人体骨是非骨性结合,近年来研究人员不断对PMMA骨水泥进行改进：在PMMA骨水泥中加入磷酸钙陶瓷粉末,可以提高PMMA骨水泥的生物相容性。但由于PMMA密实不透,加入的磷酸钙陶瓷粉末,其活性可能被掩盖,不利于其与活体组织发挥骨传导作用。为改进PMMA与骨结合状况,将PMMA改为多孔结构,使骨组织长入骨水泥后,修复体得到生物学固定,在一定程度上减缓了松动发生。王善沅等将该网孔结构骨水泥材料作为甲氨喋呤(MTX,一种广谱抗肿瘤药物)的载体,进行了药物释放速度的试验。并将庆大霉素加入具有网孔结构的PMMA中,在人工髋关节置换手术中作了60例临床应用。该骨水泥具有小孔,孔径在0.1-150.μm之间,大孔孔径在150μm以上,大孔占所有孔洞面积的10-20%。结果表明,载有庆大霉素的网孔结构PMMA骨水泥,其界面剪切应力强度比普通骨水泥高30%。临床使用表明,具有网孔结构负载庆大霉素的PMMA骨水泥是目前一种高效、低毒、比较理想的骨水泥,对预防感染和减少假体下沉有良好作用。有网孔的载药PMMA,具有载药和骨水泥双重功能,若将磷酸钙陶瓷粉末加入其中,磷酸钙陶瓷的活性不被掩盖,有利于发挥后者的骨传导作用,更能加强界面结合,防止假体松动下沉。PMMA骨水泥本身的组分、理化性能等数十年来没有根本性的变化第九页，共三十八页，2022年，8月28日磷酸钙骨水泥磷酸钙生物活性骨水泥（CPC）又称羟基磷灰石骨水泥它是由两种或两种以上磷酸钙粉末,加上调和剂,调成糊状注入修复部位,能在人体内环境和温度下硬化,其成分最终转化为HA。是一种新型的人工骨材料，可用于人体骨缺损的修复。+：在生理条件下具有自固化能力及降解活性、成骨活性的无机材料具有良好的生物相容性、骨传导性和骨替代性这种骨水泥可组合成与天然骨类似的组成,植入人体后可参加新陈代谢使骨组织生长,逐步重建成耐久的承重骨。-：抗压强度低，脆性大未经过改性和优化的普通磷酸钙骨水泥通常可注射性能不好,不能满足骨科微创手术的要求,且其力学性能较差,不能用于承重部位。这种材料能取代生物相容性差的PMMA骨水泥,因此成为研究热点。研究主要包括各种类型磷酸钙陶瓷(CPC)生物活性骨水泥配方的筛选及优化,调和剂的选择,磷酸钙生物活性骨水泥水化固化的动力学、影响因素及反应最终产物的测定和磷酸钙生物活性骨水泥生物相容性的研究等。第十页，共三十八页，2022年，8月28日磷酸钙骨水泥第十一页，共三十八页，2022年，8月28日磷酸钙骨水泥第十二页，共三十八页，2022年，8月28日磷酸钙骨水泥复合物聚肽共聚物/磷酸钙骨水泥生物复合材料壳聚糖微球/磷酸钙骨水泥复合材料壳聚糖纤维/磷酸钙骨水泥复合材料α-磷酸三钙/碳纤维复合增强骨水泥

载辛伐他汀PLGA/磷酸钙骨水泥复合材料丝素/半水硫酸钙/磷酸钙骨水泥复合材料力学强度、生物相容新、孔隙率第十三页，共三十八页，2022年，8月28日硫酸钙骨水泥硫酸钙能够以无水硫酸钙、半水硫酸钙、二水琉酸锦三种形式存在,而用作可注射型骨修复材料的为半水硫酸钙,即医用硫酸钙。Richelsoph等[2]在2003年取得一项以硫酸毎为基质的可注射骨修复材料的专利。他们在半水硫酸毎中,加入二水琉酸韩作为促凝剖,经丙基甲基纤维素作为塑化剖,湿含量为10%-30%的去矿物质骨基质,从而制成一种混合粉末。该混合粉未与水溶液或盐溶液(例如0.9^1%的NaCl溶液)混合后,能形成泥状或稠状的合成物,就是可注射的硫酸钙材料。目前报道的文献中,单独使用硫酸钙作为可注射骨修复材料的很少,一般是将硫酸钙与羟基磷灰石或磷酸钙混合使用。[3-5][2]Richelsoph,CoupeK.,Miller,etal.,Bonegraftsubstitutecomposition.UnitedStatesPatent,6652887,2003-11-25.[3]NilssonM.,WielanekL.,WangJ.S.,etal,Factorsinfluencingthecompressivestrengthofaninjectablecalciumsulfate-hydroxyapatitecement[J].JournalofMaterialsScience:MaterialsinMedicine,2003,14(5):399-404.[4]FernandezE.,VladM.D.,GelM.M.,etal,ModulationofporosityinapatiticcementsbytheuseofQ-tricalciumphosphate-calciumsulphatedehydratemixtures[J].Biomaterials,2005,26(17):3395-3404.[5]GattaA,RosaA.D,LaurienzoP.,etal,Anovelinjectablepoly(￡caprolactone)/calciumsulfatesystemforboneregeneration:synthesisandcharacterization[J].MacromolecularBioscience,2005,5(11):1108-1117.+：半水琉酸钙,它具有良好的生物相容性、可降解吸收性（克服硫酸钙降解速度快）、骨传导性-：注射型琉酸钙骨移植替代材料的质地较脆、机械强度依然有限,一般不用于治疗骨干部骨折的缺损,更不能用它代替内固定或外固定。第十四页，共三十八页，2022年，8月28日硫酸钙骨水泥复合物MaterialsandmethodsBiocement-H-control，CSD-controlpowderphase-98wt%a-TCP(minorcontentsofb-TCP)and2wt%precipitatedhydroxyapatite(PHA）liquidphase-anaqueoussolutionof2.5wt%disodiumhydrogenphosphate(Na2HPO4)DHPliquidtopowder(L/P)ratiowas0.32mL/gthepowderphaseofBiocement-Hwasmodifiedwith5,10,20and25wt%CSD(Sigma-C3771)AllthecementsweremixedbyhandinamortarwithaspatulaThespecimens,immersedin200mLRinger’ssolutionat37℃,wereremovedfromthemouldsafter30minandstoredagainfor1,2,4,8,16hand1,3,5and14dayspriortotesting.BioCSD-20andBioCSD-25

werekeptinRinger’ssolutionfor28and35days

第十五页，共三十八页，2022年，8月28日硫酸钙骨水泥复合物ResultsItwasobservedthatthemaximumcompressivestrengthofBiocement-H(45MPa)decreasedastheamountofCSDincreasedinthecementpowdermixture(30MPafor25wt%ofCSD).Itwasalsoobservedthatafter

completedissolutionoftheCSDphaseaporousapatiticstructureappearswithamechanicalcompressivestrengthsuitablefor

cancellousboneapplications(10MPa).

第十六页，共三十八页，2022年，8月28日硫酸钙骨水泥复合物第十七页，共三十八页，2022年，8月28日硫酸钙骨水泥复合物Thiscompositematerialevolvedgraduallyintoaporousmaterialwithinthestrengthoptimumlimitsoftrabecularboneapplications.Asporosityappearedgradually,duetothedissolutionoftheCSDphase,thiscompositematerialcouldhavetheadvantageofbeingusefulasaCSD-drugdeliverysystem.Moreover,bonetissuecellscouldusetheincreasingporositytoimprovetheosteointegrationoftheimplantaswellastoaccelerateitscompletetransformationintorealbonetissue.第十八页，共三十八页，2022年，8月28日硫酸钙骨水泥复合物MaterialsandmethodsCPCpowderwascomposedofTTCPandDCPA，Calciumsulphatehemihydrate(CaSO41/2H2O,CSH)CPCservedasbasisforallexperiments,and40and60wt%CSHwereaddedintotheCPCpowdertoformcalciumsulphate/phosphatecement(CSPC)powders

第十九页，共三十八页，2022年，8月28日硫酸钙骨水泥复合物Results第二十页，共三十八页，2022年，8月28日硫酸钙骨水泥复合物第二十一页，共三十八页，2022年，8月28日硫酸钙骨水泥复合物theCSPCsamplesimplantedinthebonedefectsofrabbitfemora

Hematoxylin/eosinstainedsectionsof40wt%CSPCsamplesimplantationinvivofor1(a920),2(b920),3(c920)and3(d940)months.Inthephotos,Bdenotesnewlyformedbonetissue,whileCdenotescement

CSPCpresentednotonlygoodbiocompatibilityanddegradabilitybutalsofasterandmoreeffectiveosteogenesisinthedefectarea.TheCSPCcementpreparedinthisexperimenthasareasonablesettingtime,suitablemechanicalstrength,excellentdegradabilityandbioactivityforbonerepair

第二十二页，共三十八页，2022年，8月28日一、人工合成有机生物大分子第二十三页，共三十八页，2022年，8月28日临床问题：骨缺损

措施：将可注射性液态骨修复材料注射填充到骨缺损部位后原位固化，通过周围组织细胞的迁入形成细胞－生物材料复合体，在材料逐步降解吸收的过程中，细胞增殖形成新的骨组织。

背景第二十四页，共三十八页，2022年，8月28日脊柱内固定术术前X片：骨质疏松；胸腰段后凸畸形，腰椎后凸减少；椎体边缘骨质增生。术后X片：腰椎前凸角度恢复；椎弓根钉内固定系统位置满意；骨水泥在椎体内弥散，加固骨质强度，提高螺钉把持力临床问题：胸腰椎骨折、腰椎管狭窄症、脊柱肿瘤、脊柱畸形矫形第二十五页，共三十八页，2022年，8月28日