新型仿生骨材料降解周期可調(diào)節(jié)
2009-06-22 來(lái)源:科學(xué)網(wǎng)
日前,在多項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金、天津市自然科學(xué)基金、上海納米專項(xiàng)等的支持下,天津大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授蔡舒與上海第二軍醫(yī)大學(xué)(長(zhǎng)征醫(yī)院)合作開(kāi)展的新型仿生骨生物材料技術(shù)完成實(shí)驗(yàn)室階段研究。
這種新型材料制作的仿生骨,相當(dāng)于在人體中放入了一個(gè)框架,“引導(dǎo)”患者自己的骨細(xì)胞沿著框架生長(zhǎng),當(dāng)人體的骨細(xì)胞長(zhǎng)成后,框架還可以在人體內(nèi)自然消解。這種具有良好生物活性和強(qiáng)度的生物材料,有望成為骨修復(fù)和替代的新材料。
“這是一種鈣磷基質(zhì)的多孔支架材料,主要用于骨修復(fù)!辈淌鎸(duì)《科學(xué)時(shí)報(bào)》記者說(shuō),“放入人體中的這種‘框架’的降解周期可以通過(guò)不同的材料組成設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié),一般在兩個(gè)月到半年之間!
在修復(fù)或替代因外傷、病變等造成的骨組織局部缺損或壞死中,可通過(guò)植入生物材料輔助細(xì)胞和組織在其上再生。但傳統(tǒng)材料存在兩大問(wèn)題:一是由于孔隙率(材料中含孔比例)較低,在骨融合過(guò)程中會(huì)形成“磚石混凝土”式的結(jié)構(gòu),長(zhǎng)期不能降解而形成異物;二是孔隙率較高的材料雖具有良好的生物活性,但強(qiáng)度較低,應(yīng)用局限于人體非承重部位。
項(xiàng)目組在研究過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)了人體骨柔韌性高于普通仿生骨的主要原因。結(jié)合這一人體生長(zhǎng)機(jī)理,在原有制備技術(shù)的基礎(chǔ)上,項(xiàng)目組獲得了有利于細(xì)胞生長(zhǎng)的微結(jié)構(gòu)。通過(guò)降解試驗(yàn)、細(xì)胞培養(yǎng)和體內(nèi)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)等一系列驗(yàn)證,新型生物材料孔隙率可達(dá)50%~90%,可配合人體不同組織的生長(zhǎng)所需。同時(shí),新材料還具有較高的強(qiáng)度。
“這種材料的生物活性、降解速率都可以滿足醫(yī)學(xué)要求,但支架較低的生物力學(xué)性能(尤其是降解過(guò)程中,隨著材料的降解,其力學(xué)性能快速失效)是制約其作為骨修復(fù)和替代材料在臨床應(yīng)用的瓶頸!辈淌嬲f(shuō),“針對(duì)這一問(wèn)題,我們已開(kāi)展了大量研究并取得了較大進(jìn)展,但離臨床應(yīng)用還有一定距離。目前我們研究組和上海第二軍醫(yī)大學(xué)合作人員仍繼續(xù)開(kāi)展相關(guān)研究,希望在支架強(qiáng)韌化等方面取得突破。”
這種新型材料制作的仿生骨,相當(dāng)于在人體中放入了一個(gè)框架,“引導(dǎo)”患者自己的骨細(xì)胞沿著框架生長(zhǎng),當(dāng)人體的骨細(xì)胞長(zhǎng)成后,框架還可以在人體內(nèi)自然消解。這種具有良好生物活性和強(qiáng)度的生物材料,有望成為骨修復(fù)和替代的新材料。
“這是一種鈣磷基質(zhì)的多孔支架材料,主要用于骨修復(fù)!辈淌鎸(duì)《科學(xué)時(shí)報(bào)》記者說(shuō),“放入人體中的這種‘框架’的降解周期可以通過(guò)不同的材料組成設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié),一般在兩個(gè)月到半年之間!
在修復(fù)或替代因外傷、病變等造成的骨組織局部缺損或壞死中,可通過(guò)植入生物材料輔助細(xì)胞和組織在其上再生。但傳統(tǒng)材料存在兩大問(wèn)題:一是由于孔隙率(材料中含孔比例)較低,在骨融合過(guò)程中會(huì)形成“磚石混凝土”式的結(jié)構(gòu),長(zhǎng)期不能降解而形成異物;二是孔隙率較高的材料雖具有良好的生物活性,但強(qiáng)度較低,應(yīng)用局限于人體非承重部位。
項(xiàng)目組在研究過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)了人體骨柔韌性高于普通仿生骨的主要原因。結(jié)合這一人體生長(zhǎng)機(jī)理,在原有制備技術(shù)的基礎(chǔ)上,項(xiàng)目組獲得了有利于細(xì)胞生長(zhǎng)的微結(jié)構(gòu)。通過(guò)降解試驗(yàn)、細(xì)胞培養(yǎng)和體內(nèi)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)等一系列驗(yàn)證,新型生物材料孔隙率可達(dá)50%~90%,可配合人體不同組織的生長(zhǎng)所需。同時(shí),新材料還具有較高的強(qiáng)度。
“這種材料的生物活性、降解速率都可以滿足醫(yī)學(xué)要求,但支架較低的生物力學(xué)性能(尤其是降解過(guò)程中,隨著材料的降解,其力學(xué)性能快速失效)是制約其作為骨修復(fù)和替代材料在臨床應(yīng)用的瓶頸!辈淌嬲f(shuō),“針對(duì)這一問(wèn)題,我們已開(kāi)展了大量研究并取得了較大進(jìn)展,但離臨床應(yīng)用還有一定距離。目前我們研究組和上海第二軍醫(yī)大學(xué)合作人員仍繼續(xù)開(kāi)展相關(guān)研究,希望在支架強(qiáng)韌化等方面取得突破。”
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