孫佳培,彭 偉,西 娜,謝聰欽
1.中國人民解放軍總醫(yī)院第四醫(yī)學中心骨科醫(yī)學部派駐第八醫(yī)學中心,北京 100091; 2.中國人民解放軍總醫(yī)院第四醫(yī)學中心骨科醫(yī)學部關節(jié)外科,北京 100048; 3.河北北方學院,河北 張家口 076250; 4.中國人民解放軍總醫(yī)院醫(yī)療保障中心藥劑科,北京 100853
道路交通傷、工傷、軍事訓練傷等直接和間接暴力因素均會導致骨缺損。調(diào)查結果顯示,骨折不愈合和骨缺損是骨科創(chuàng)傷中最具挑戰(zhàn)性的臨床問題之一,骨折后骨不連或骨缺損的發(fā)生率逐漸增加[1]。研究表明免疫排斥導致骨移植物的不愈合、延遲愈合和成骨脆弱是多種移植方式失敗的首要原因,失敗率在10%~50%[2]。脫細胞骨基質(zhì)(aceller bone matrix,ACBM)作為骨組織工程領域中少數(shù)保留骨小梁等自體骨結構的同時又具有天然孔隙率、去除免疫原性的支架材料,本身具備其他材料沒有的優(yōu)勢。去除細胞成分的ACBM主要成分是無機物和膠原[3],在未來骨缺損修復研究領域具有較好的發(fā)展前景。近三十年,人們不斷地嘗試采用不同的技術和方法將具有各自特性的物質(zhì)元素與ACBM相復合,有效地改善單一材料誘導成骨能力差、復合材料強度低和骨細胞增殖分化緩慢等缺點,制成多功能復合材料應用于骨缺損臨床治療,推進了修復骨缺損研究的進展。
ACBM復合材料滿足理想骨移植物四項基本條件[4]:(1)彈性模量和正常組織接近,避免骨折和應力遮擋;(2)骨傳導、骨誘導和組織相容性好,有利于骨愈合;(3)能夠逐漸降解和吸收,并被正常骨組織替代;(4)移植物低免疫原性,不與宿主發(fā)生免疫排斥反應。排除傳統(tǒng)的骨移植方式,骨組織工程ACBM材料具有良好生物性能和理化性能,能保持骨骼結構完整、機械力學性質(zhì)穩(wěn)定并降低骨抗原性。本綜述對近幾年ACBM復合材料的代表性研究進行分類回顧,列舉相應的臨床實驗,并根據(jù)目前的研究發(fā)展對ACBM復合材料的研究方向進行綜述。
有機骨材料主要包括高分子材料和復合材料,高分子材料分為天然和人工合成材料,ACBM與高分子材料復合形成新型骨缺損修復材料,具有來源廣泛易獲取、方便加工、性質(zhì)穩(wěn)定、降解周期可以調(diào)節(jié)等特性,研究發(fā)現(xiàn)新型材料具備良好的成骨效應和生物相容性,能夠達到骨組織工程對骨修復的要求[5]。
1.1ACBM與殼聚糖(chitosan,CS)復合 CS是殼質(zhì)的N-去乙?;a(chǎn)物,是一種類似纖維樣的熱塑性聚合物,可被殼聚糖酶和氨基葡萄糖酶降解為葡萄糖。在過去的幾十年里,CS因其生物相容性、生物降解性、低毒性和與細胞外基質(zhì)的相似性而在骨組織工程中引起廣泛的關注[6],有利于新骨形成后復合材料的降解。劉昊[7]運用聯(lián)合脫細胞方法處理豬股骨干獲得ACBM,定性分析之后,采用冷凍干燥法和溶液共混制得ACBM-殼聚糖(ACBM-CS)支架,并對復合支架的組織學、免疫組織化學、掃描電鏡、孔隙率、力學性能等進行分析,結果表明,實驗組數(shù)據(jù)均在理想范圍,符合構建工程骨復合材料的基本條件,滿足人工骨移植治療的要求。對復合材料進行熱原試驗、細胞毒性試驗和細胞-支架粘附復合培養(yǎng)顯示材料具有良好的生物相容性,支架細胞長勢良好,能夠在短時間內(nèi)誘導新骨形成。因此ACBM-CS復合材料擁有良好的骨缺損修復潛力。
1.2ACBM同RGD肽復合 RGD肽別名精氨酰-甘氨酰-天冬氨酸,廣泛存在于細胞外基質(zhì)蛋白中,如纖維連接蛋白、玻璃體蛋白、骨橋蛋白和骨涎蛋白??梢耘c整合素細胞表面受體相互作用,啟動細胞黏附和細胞擴散。在骨組織工程應用中,研究表明RGD序列表面修飾能增強骨髓基質(zhì)細胞黏附,促進體外成骨細胞分化,在體內(nèi)刺激骨形成[8]。Zhang等[9]在ACBM-RGD肽支架上接種骨髓間充質(zhì)干細胞(bone marrow mesenchymal stem cell,BMSC),利用RGD肽能夠提高間充質(zhì)干細胞(mesenchymal stem cells,MSCs)的黏附率的特性,觀察通過RGD 肽表面修飾的 ACBM 是否促進了組織工程骨的生長效率。通過一系列實驗室操作將RGD肽共價偶聯(lián)到ACBM支架上,暴露的天冬氨酸和谷氨酸的羧基團用適當體積的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳化二亞胺鹽酸鹽(EDC)和1-羥基吡咯烷-2,5-二酮(NHS)激活并在室溫磷酸鹽緩沖溶液(phosphate buffer saline,PBS)中溶解15min,抗黏附多肽(GRGDS)在室溫PBS中孵育2h,并在風干之前徹底沖洗ACBM支架盤以去除多余的EDC/NHS,通過以上操作調(diào)整表面RGD適宜的濃度。利用流式技術對接種到ACBM-RGD肽支架和天然ACBM支架表面的 MSCs的細胞附著進行量化, 結果顯示,在 3 、6 、12h,ACBM-RGD肽支架上黏附的MSCs的百分比分別是天然ACBM支架上的1.23、2.74和2.17倍,并且原生ACBM支架上的MSCs基本是球形且分布較少,相較于RGD肽修飾的ACBM支架上細胞分布廣泛。對RGD肽共價偶聯(lián)的ACBM支架進一步分析,結果表明RGD肽共價偶聯(lián)對ACBM支架進行的是有效修飾,促進了MSC的初始附著、擴散和黏附形成。同時RGD序列促進了骨化信號轉導通路的啟動,導致MSC增殖增加。由此可見,用RGD肽修飾功能性ACBM可以有效地促進MSCs在ACBM上的黏附,從而達到促進成骨作用,是改善最終細胞-材料相互作用的可行方法,可作為組織工程骨在臨床應用中的新思路進一步探索。
無機材料種類豐富,生物學性能多樣,和ACBM復合的無機材料可以概括為以下幾類:生物陶瓷(如β-磷酸三鈣 β-TCP、多晶氧化鋁、單晶氧化鋁等),碳基材料(如石墨碳、碳納米管、玻璃碳、介孔二氧化硅),金屬(如Sr、Zn、Mg、Ai),金屬氧化物(如Fe3O4、TiO2、Na2O等),非金屬(如C、F、Si)等。研究發(fā)現(xiàn),將ACBM與無機材料復合,可以進一步增強ACBM的機械性能,賦予新的促成骨效應。
2.1ACBM與鎂合成復合材料 ACBM與鎂形成的復合材料除了具備ACBM硬度高的優(yōu)點,研究表明,Mg2+對骨修復的初始促成骨益處可以超越其負面影響,一方面增強成骨細胞作用,另一方面降低破骨細胞活動[10-12],并且微環(huán)境中Mg2+的濃度越高,對原位骨再生的促進能力也越強,功能原理主要是通過刺激成骨細胞分化和BMSC的增殖[13]。同樣要注意純鎂材料的缺點是在體內(nèi)快速降解,會導致與新骨的形成過程不匹配[14]。利用鎂離子這一特性,李彪等[15]制備出添加鎂離子的脫細胞牛骨基質(zhì)(acellular bovine bone matrix,ABBM)復合材料。首先剔除軟組織的新鮮牛股骨,采用高速切割機切割獲得小立方體狀骨松質(zhì),經(jīng)過高壓水槍去除血液以及骨髓后置于-80℃下、70℃超聲振蕩等處理,清洗后置于冷凍干燥機進行凍干。最后浸泡在含鎂溶液中,滅菌后得到復合了鎂離子的ABBM。對ABBM-Mg復合材料的性能進行檢測,X射線衍射分析表明浸泡鎂離子溶液后ABBM中的成分分布有所差別,主要成分是羥基磷灰石,和Ofudje等[16]及Predoi等[17]的實驗結論相同;掃描電鏡和能譜儀觀察對比ABBM微細結構、抗壓強度、三維孔隙結構等發(fā)現(xiàn)復合前后并未有明顯改變,即復合材料前ACBM所具有的成骨優(yōu)點仍然存在,材料中的Mg2+在體外緩慢釋放,維持了微環(huán)境Mg2+濃度的穩(wěn)定,有助于持續(xù)穩(wěn)定發(fā)揮促成骨作用。研究表明,鎂離子結合ABBM所形成的復合材料可以有效促進BMSC的增殖,解決了ABBM單個材料骨誘導性低的缺陷,為無機金屬材料參與骨缺損復合材料的制備開辟了良好開端。
2.2ACBM與鍶(Sr)合成復合材料 在過去幾十年中,各種生物活性因子已被認為具有改善生物醫(yī)學材料生物性能和治療的潛力,尤其是在混合和無機材料領域。這些存在人體中的生物活性因子,因為化學穩(wěn)定性和低成本性而吸引人們進一步探索。微量元素鍶具有骨跟蹤特性,在骨消化及代謝上具有雙重效果:一方面促進骨祖細胞的分化增殖,另一方面阻止破骨細胞的終末分化。動物模型實驗發(fā)現(xiàn),鍶可以增加新骨形成[18-20],并有實驗表明,摻入Sr的Ca-Si基生物陶瓷(MSCs)支架可以提高骨質(zhì)疏松性骨間充質(zhì)干細胞(OVX BMSCs)的成骨和血管生成標志物的表達水平[21],同樣經(jīng)鍶摻雜處理后,ACBM的生物活性和礦物沉積速率也有所提高[22]。
Huang等[23]基于鍶元素通過離子交換摻入十分耗時的特性,考慮到復雜的骨組織結構和苛刻的裝飾條件(如高溫、酸性pH下,生物化學成分尤其是生長因子和羥基磷灰石容易被破壞),開發(fā)了一種簡單易行的涂裝方法,用于在溫和條件下進行ACBM表面裝飾。羧甲基纖維素(carboxymethyl cellulose,CMC)是一種具有良好生物相容性、優(yōu)異的親和性和較強的離子螯合能力的陰離子多糖。研究表明,CMC不會對骨植入物的骨誘導性產(chǎn)生不利影響[24-25]。另一物質(zhì)多巴胺(dopamine,DOPA)同樣具有良好的生物相容性和良好的粘附能力,被認為是生物材料表面修飾的理想黏附分子[26]。將Sr在溫和條件下同CMC和DOPA合成有機涂層復合材料CMC-DOPA-Sr,ACBM浸入DOPA溶液,然后在真空爐(中國上海躍進)中干燥,將聚多巴薄膜涂覆到ACBM涂層表面,最終獲得ACBM-Sr復合支架,兩者的結合彌補了ACBM作為骨缺損修復支架的低成骨誘導性。利用ICP-OES光譜法(Vista-MPX,USA)測量發(fā)現(xiàn)ACBM-Sr支架表現(xiàn)出持續(xù)的鍶離子釋放曲線,保證了治療環(huán)境中持續(xù)穩(wěn)定的鍶離子環(huán)境。此外,將復合支架材料植入小鼠皮下模型中組織相容性良好,未發(fā)生排斥反應。支架組織學染色顯示,所有支架的大孔中均發(fā)現(xiàn)豐富的纖維結締組織。生長培養(yǎng)基培養(yǎng)細胞時,測定人BM-MSCs的成骨基因表達情況, ACBM-Sr涂層組較ACBM相比,包括Runx2、骨保護素和骨橋蛋白在內(nèi)的成骨基因的表達顯著增加。這些結果表明,ACBM-Sr支架促進體外成骨分化,為ACBM可復合多種材料提供了一種簡單而溫和的可行性方案,針對具有復雜結構和易損部位的修復提供了新的選擇。
骨組織工程主要分為三部分:種子細胞、復合支架和生長活性調(diào)節(jié)因子。種子細胞在組織工程中的作用位居首位,一般來說,具有免疫反應弱、增值能力強、抗原性低、分化潛能大等特點,最重要的是能夠建立穩(wěn)定的細胞系[27]。不同種子細胞和ACBM結合后形成的支架材料特點具有多樣性。
3.1ACBM與誘導成骨樣細胞的復合材料 近年來,隨著骨缺損患者的增多,人們與骨組織工程的關系越來越密切,研究人員進一步將視線轉移到BMSC強大的增殖分化能力上,通過體外誘導BMSC獲得的成骨樣細胞被應用于骨組織工程。李康杰[28]設計實驗誘導形成成骨樣細胞,誘導后的細胞種植到ACBM,兩種材料的復合證明體外誘導的細胞與大鼠股骨ACBM具有一定的相容性,為進行體內(nèi)實驗打下基礎。滅菌殺毒后的ACBM用PBS沖洗,浸入L-DMEM培養(yǎng)液中,然后置于含有CO2的培養(yǎng)箱中,一段時間后取出,在24孔板中分別培養(yǎng)24、48、72h。將分化來的細胞按照一定的濃度種植到ACBM,放入培養(yǎng)箱,獲得供移植使用的骨修復材料。掃描電鏡觀察誘導分化的細胞分布勻稱,長勢良好,形態(tài)無顯著差異。實驗中將先前制備好的帶有成骨樣細胞的ACBM植入Welis大鼠股骨模型,微型接骨板固定,10mL氨芐西林沖洗骨缺損處。8周后對大鼠股骨缺損處采用熒光顯微鏡觀察、HE和甲苯胺藍染色等處理,結果顯示實驗組生成的新骨較對照組多,生成新骨速度快且長勢良好,結果表明,添加了生物活性細胞的ACBM較單純ACBM修復具備更強的促進骨形成的能力,ACBM和誘導成骨樣細胞復合材料在骨修復領域中具有廣闊的發(fā)展前景,同BMSC其他誘導分化細胞是否具有同樣功能值得更深層次的探索。
3.2ACBM與兔胎兒成骨細胞的復合材料 一項研究將胎兒成骨細胞與成人原代成骨細胞和骨髓骨祖細胞的增殖能力進行了比較,發(fā)現(xiàn)胎兒成骨細胞以更高的速度增殖,堿性磷酸酶表達水平更高,是真正的成骨細胞祖細胞[29],此外胎兒細胞還具有良好的免疫調(diào)節(jié)活性[30]。根據(jù)這一研究結論,Rashmi等[31]將牛股骨通過冷凍-解凍循環(huán)方法制備異種脫細胞骨移植基質(zhì),在妊娠21d健康新西蘭白兔進行原代成骨細胞培養(yǎng)及脫細胞基質(zhì)上細胞接種,剖宮產(chǎn)后,在全麻下用6mg/kg甲苯噻嗪肌肉注射,10min后用60mg/kg氯胺酮誘導胎仔,無菌1%PBS環(huán)境下采集兔胎兒。將胎兒顱骨和長骨切成小塊,骨片經(jīng)過處理后,第20天細胞開始從骨片中爬出,將細胞顆粒懸浮液浮在培養(yǎng)基中,并接種在每個支架上,放置在37℃由5%CO2組成的增濕大氣中保存。掃描電鏡觀察脫細胞支架孔隙結構清晰,孔隙連通性良好,支架中成骨細胞在基質(zhì)粘附均勻緊密,膠原纖維排列不規(guī)則,波浪交叉成網(wǎng)狀。在低倍鏡下,新鮮松質(zhì)骨孔隙模糊,高倍鏡下,能夠觀察到排列較整齊,緊密且扁平的膠原纖維。利用多種注射技術將成骨細胞主動接種到支架上后,可以在相差顯微鏡下觀察到增殖旺盛的細胞活動。綜上所述,脫細胞牛松質(zhì)基質(zhì)同兔胎兒成骨細胞復合,細胞活力和粘附作用不受影響,體外實驗結果表明,脫細胞牛骨基質(zhì)完全能夠充當成骨細胞增殖和制備復合骨移植替代物的模板,利用細胞播種的多重注射技術可以成功且均勻地將細胞播種到支架上,這種細胞-生物材料組織結構為骨移植手術的未來方向提供了新的指引。
3.3ACBM與重組人骨形態(tài)發(fā)生蛋白2(rhBMP-2)的復合材料 rhBMP-2只有同載體緩釋結合才能發(fā)揮成骨作用,并且不被吸收、降解或體液稀釋[32]。孫新君等[33]利用人纖維蛋白原凝膠(FBG)復合具有骨誘導活性的rhBMP-2和ACBM材料,進一步構建rhBMP-2緩釋載體并觀察緩釋效果。利用BMSC在體外可被顯著擴增,產(chǎn)生堿性磷酸酶、骨鈣素和I型膠原等物質(zhì)的特性,研究人員設置不含rhBMP-2培養(yǎng)液的ACBM作為對照組,觀察rhBMP-2/ACBM復合材料對體外培養(yǎng)的BMSCs增殖和分化的影響。并采用復合材料修補兔橈骨缺損部位,觀察骨缺損部位的成骨效果。將ACBM浸入消毒的rhBMP-2,溶入FBG液中制備復合載體,ELISA試劑盒顯示,添加rhBMP-2組AKP和骨鈣素含量明顯增高。術后4、8周X線攝片、單光子發(fā)射計算機斷層成像術(SPECT)和組織學檢測,結果顯示復合rhBMP-2/ACBM材料組4周骨痂大量形成,8周骨缺損局部密度均增加,12周X線片可見新骨塑形。其中在術后4~8周可以觀察到大量新生骨和軟骨,骨缺損中心有多個骨化中心。由此可見,添加rhBMP-2復合材料具有良好的促進骨修復能力,增強細胞粘附后的延伸和活性表達。細胞培養(yǎng)顯示,緩釋載體釋放的rhBMP-2雖然不能直接促進MSCs增殖分化,但可以間接作用于MSCs,增強其促成骨誘導及活性表達的能力,這些結論都為rhBMP-2/ACBM復合材料治療骨缺損提供了應用基礎。
4.1ACBM同可注射共聚物聚乙二醇-聚己內(nèi)酯-聚乙二醇(PEG-PCL-PEG,PECE)水凝膠復合 至今骨再生領域已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有幾種可被降解的聚合物。其中,可注射水凝膠聚合物擁有易于給藥、微創(chuàng)操作、患者方便和溫和條件下即可形成三維(3D)網(wǎng)絡的特性,使其在各個領域得到廣泛的應用[34-36]。最重要的是熱敏水凝膠可以在室溫或更低的溫度下自由注射,并可在原位形成凝膠庫來修補組織中任意形狀的缺損,因為其在體溫環(huán)境下更易在受損組織形成空腔形狀的特性,使得熱敏水凝膠在骨再生領域的應用成為可能。
Ni等[37]以e-CL為原料,以Sn(Oct)2為催化劑,由聚乙二醇衍生物引發(fā)開環(huán)共聚等一系列操作獲得聚乙二醇-聚己內(nèi)酯二嵌段共聚物,進一步偶聯(lián)獲得研究所需的PECE共聚物[38-39]。PECE三嵌段共聚物溶解在二氯甲烷中,用石油醚從濾液中再沉淀兩次以進一步純化[39-40 ],按照一定比例溶解在離子水中,得到純PECE水凝膠[39],最終將ACBM顆粒加入PECE水凝膠中成功制備擁有良好生物相容性的可注射熱敏ACBM/PECE復合物材料。掃描電鏡檢查表明,ACBM/PECE復合材料中ACBM含量差異不會影響三維多孔結構,表明水凝膠復合材料有著良好的生物相容性。為了評估復合材料對骨再生的作用效果,實驗中將ACBM/PECE水凝膠復合材料植入新西蘭大白兔顱骨缺損處,設置PECE水凝膠填充另一側缺損作為對照,其余操作處理均保持一致,連續(xù)觀察兩周發(fā)現(xiàn)實驗組一般活動、能量、頭發(fā)、糞便、行為模式等表現(xiàn)均優(yōu)于對照組,利用數(shù)字X光機(德國西門子)、mCT80(瑞士巴塞爾斯多夫斯康科醫(yī)療股份公司)等儀器對實驗組兔進行測量,顱骨修復速度和成骨情況均優(yōu)于對照組,意味著ACBM/PECE水凝膠復合材料較單一材料具有更好的應用前景,有助于狹小部位骨缺損的注射型填充修復。
4.2ACBM-CS與堿性細胞生長因子的復合材料 研究表明,MSCs在堿性成纖維細胞生長因子(basic fibroblast growth factor,bFGF)的作用下可以增強其增殖和成骨分化能力[41-43];另一方面,bFGF還可以促進有絲分裂和血管再生,顯著加快血管內(nèi)皮細胞及成骨細胞等多種類型細胞的增殖及遷移。張志文等[3]進行bFGF復合ACBM-CS支架骨修復的實驗研究中,觀察比較負載與未負載bFGF的支架與未負載支架在治療骨缺損中的應用效果。將ACBM-CS支架浸泡于含2mg/L bFGF的PBS溶液中[44],使溶液浸沒支架獲得生長因子復合支架。從微環(huán)境生長因子釋放水平、細胞增殖、細胞粘附、成骨相關因子檢測、影像學、組織學檢查等多個方面對生長因子復合支架進行檢測,結果顯示,復合支架釋放生長因子的總量穩(wěn)定在一定水平,保證持續(xù)穩(wěn)定發(fā)揮誘導成骨分化功能;掃描電鏡下可觀察到支架表面細胞粘附緊密,同時細胞的偽足深入材料內(nèi)部,細胞長勢良好;成骨相關的生長因子例如Ⅰ型膠原、骨鈣素、骨橋蛋白及Runx2的mRNA表達明顯高于單一未復合生長因子組;影像學檢查可見生長因子支架組術后4周支架與宿主骨形成邊緣融合,8周骨密度較高,二者融合良好,12周時骨缺損部位基本恢復;組織學染色可見生長因子支架組新骨成骨面積大于對照組,骨缺損區(qū)域成熟骨細胞明顯增多,對照組結果稍差。研究表明,bFGF可以促進間質(zhì)細胞、前成骨細胞、軟骨細胞增殖分化,增強rhBMP、血管內(nèi)皮生長因子等成骨因子表達釋放,進而誘導新骨形成[45-46]。將實驗組材料通過手術植入到兔股骨缺損模型中觀察治療效果,X線片顯示:術后4周開始出現(xiàn)骨融合現(xiàn)象,成骨時間遠遠快于對照組,Lane-Sandhu X射線評分高于對照組。綜上所述,復合ACBM-CS支架的堿性生長因子治療骨缺損疾病,在具有良好機械性能的同時,還擁有較強的促進MSCs增殖作用,兩者相互結合骨形成能力進一步增強,針對其他能夠促進骨形成的因子值得更深層次的研究。
4.3ACBM-CS與脂肪組織基質(zhì)血管基質(zhì)性成分形成復合材料 脂肪組織基質(zhì)血管性成分種類繁多,包括T細胞、外周血細胞及其他炎癥細胞等,脂肪多數(shù)來源干細胞并具備以下特點:分化變成脂肪細胞并促進更新;分泌血管生長因子,促進內(nèi)皮細胞修復血管損傷;不會隨著細胞數(shù)量改變其增殖分化功能;含量豐富,提取便捷和免疫抑制特性[47-48],以上幾項特性奠定了脂肪組織基質(zhì)成分應用于骨缺損修復的治療基礎。邵擎東等[49]根據(jù)脂肪組織血管基質(zhì)成分的特性研究其在骨組織工程中的應用,提取制備原材料放置在適宜環(huán)境中保存,照射滅菌挑選生長良好的血管基質(zhì)細胞按照一定的濃度置于經(jīng)過處理的六孔板中,預濕培養(yǎng)液培養(yǎng)一段時間,最終得到血管基質(zhì)成分/ACBM/CS支架復合物。一般檢查發(fā)現(xiàn)實驗組新西蘭大兔活躍度顯著高于對照組,其余無明顯差別;X線片結果顯示,實驗組材料植入兔橈骨缺損模型2個月時呈明顯灰白色;病理切片觀察到骨小梁、少量長梭形細胞等骨形成細胞在中央管及周圍旺盛生長??傊瑢嶒灲M相較于未添加基質(zhì)成分的對照組骨組織生長迅速,骨結構清楚,細胞數(shù)量顯著增加。得出結論,添加基質(zhì)成分的支架對兔橈骨的修復效果遠遠強于未添加基質(zhì)成分組,脂肪組織基質(zhì)成分在骨組織的修復治療中具有較廣闊的應用前景,值得進一步探索。
本文主要概括了ACBM與有機材料、無機金屬元素、組織細胞成分和多種材料聯(lián)合形成具備不同特性復合材料在骨缺損修復的應用。ACBM骨修復材料在修復過程中會表現(xiàn)出各種不足,和ACBM相復合的天然生物衍生材料及人工合成生物高分子材料同樣不能單獨用于臨床骨缺損修復,但是兩類及以上材料復合可以擴展原材料的功能,應用于多種領域,本文歸納總結了所有同ACBM結合的天然或人工合成材料進行敘述。首先,通過一系列方法去除骨組織中的細胞、脂類等,留下重要的細胞外基質(zhì)成分和細胞依附生長的骨結構,制備得到仍然具備良好的骨傳導、骨誘導、生物相容性和適宜降解性的ACBM[50]。然后將ACBM與有機材料復合,增強間充質(zhì)干細胞(MSCs)在ACBM表面黏附,促進復合材料的誘導成骨能力;與金屬元素復合,Mg2+在骨形成中,有助于加快細胞增殖和成骨分化,抑制破骨細胞的活性[10-12]。Sr對骨的代謝具有雙重作用,一方面促進骨祖細胞的增殖和分化,另一方面還能阻止破骨細胞的終末分化;與多種材料的復合都有不同程度促進MSCs的增殖的功能,同加入種子細胞作用基本一致,最終均可以加快成骨速度和增強誘導骨形成能力。
綜上所述,與ACBM復合的材料本身都有不同程度的誘導成骨功能,采用特定方式復合不會影響ACBM結構和性質(zhì),還能進一步增強骨形成能力,將兩種或多種材料在一定條件下構建成一種較為完美的復合材料用于多種類型骨缺損治療。由此可見,可以將探索與ACBM相復合的材料為研究方向,兩種或多種材料通過一定方式合成新型復合材料,從而實現(xiàn)治療任何類型骨缺損的目的。
作者貢獻聲明:孫佳培:資料收集、論文撰寫和文獻檢索;彭偉:審校、研究指導;西娜、謝聰欽:綜述設計、論文修改