磷酸钙生物材料综述

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1、1磷酸钙生物材料骨诱导性1.1磷酸钙骨诱导现象发现和确证磷酸钙(Calciumphosphate)为钙与磷酸根离子形成的化合物，因晶体结构及钙磷组成比(CadP)不同性能有差异。CadP比小于115的磷酸盐很不稳定，其溶解速率比新骨组织形成高很多，故它们不适于作骨代材料。临床最常应用的磷酸钙是瓮基磷灰石(Hydroxyapatite,HA)和磷酸三钙(Tricalciumphosphate,TCP)oHA与组成人体骨骼和牙体硬组织的无机成分相同，且晶体微观结构类似。大量的实验及临床应用证明,HA具有优良的生物相容性，可与骨组织发生化学性结合，具有骨引导性

2、(0steoconduction),即材料植入骨环境中，骨组织能沿着植入体表血或内部孔隙攀附生长。多数文献报道HA无骨诱导性(0steoinduction),即诱导间充质细胞向成骨分化的能力。HA早在1871年rtlRWaroneton制得,20世纪70年代始用于临床，成为最常用的骨替代材MoTCP分子式Ca3(PO4)2,CadP原子比为115,化学组成与HA相似，但不是机体骨组织的矿物成分。TCP因烧结温度不同分为A2和B2两相，相转变温度为1120〜1180°C,以下为B2TCP,以上为A2TCP。在模拟体液(SBF)中，A2TCP比B2TCP易解

3、，比HA更易降解，在体内易被降解吸收。Merten和Wilfarg［2］将B2TCP和A2TCP植入微型猪(Goettingerminiaturepigs,GMPs)人工胫骨缺损区考察降解性，结果表明B2TCP比A2TCP更易降解，降解产生的钙及磷酸根离子被周I韦I巨噬细胞吞噬，也可被周围新生骨组织利用，刺激和促进更多新骨生成。对HA0TCP双相陶瓷,TCP的降解将利于在陶瓷表面再形成类似针状或片状的、相对稳定和活化的HA晶粒,产生优良的生物学效应［3］。磷酸钙作为最常用的骨代材料，对其研究较为深入。早在1911年,Wells在AchivesofInte

4、malMedical一书中就提到：钙盐对骨发生具有促进作用。但关于磷酸钙陶瓷的大量研究，如Aoki、Hench等的工作都集屮在HA的制备及应用领域的拓广、评价方面，并一直认为磷酸钙陶瓷是一类仅具有骨引导性，而无骨诱导性的生物活性材料。1988年Heughebeart等［4］研究发现，没有添加任何生长因子或活体细胞的磷酸钙陶瓷植入动物非骨部位后，其表面形成骨样沉积物。1990年Yamasaki［5J报道植入狗皮下的多孔HA,其中有骨形成。1991年，张兴栋等［6］和Ripamonti［7］分别报道植入狗2月和狒狒3、6、9月非骨部位的多孔HA中有新骨形成。

5、1992年,To(h和Klein均报道了磷酸钙陶瓷具有骨诱导性。之后，张兴栋研究组在屮国国家自然科学基金重大项目和国家重点基础研究规划项目(973)资助下，对磷酸钙陶瓷骨诱导现象的确证，及其机理探讨作了大量深入系统的工作［&9J,并在2000年5月［10］美国夏威夷举行的第六届世界生物材料大会上，主持了生物材料固有骨诱导性的专题讨论，使磷酸钙陶瓷具有骨诱导性的科学理论在国际上逐渐得到公认,同时为具有骨诱导性的磷酸钙生物材料的临床应用提供充分的依据，引导该领域的研究方向，并为研制出拥有自主知识产权的骨诱导性骨修复材料奠定基础。1.2磷酸钙骨诱导过程和机制结

6、合Urist关于骨诱导发生的三个条件：(1)有骨诱导因子；(2)存在骨形成的前体细胞，即诱导因子作用的靶细胞；(3)适当的成骨环境；并在大量前期研究的基础上，张兴栋对磷酸钙(Ca2P)陶瓷诱导骨发生过程及机制提出假说。大量实验［11,12］观察到：①材料植入区血凝块形成，②血管长入及肉芽组织形成，③多形性细胞聚集，④成骨细胞分化及骨形成。骨诱导机制可能为：①材料对骨生长因子的吸附，提高局部浓度，诱导间充质细胞向骨前体细胞的分化，②材料提供骨形成的支架及空间，③材料降解为骨成熟提供所需的Ca、P离子。材料植入机体后，与体液中的各种物质相互识别，吸附水、离子

7、、蛋白等生物分子，发生系列的物理化学、生物学反应，并形成一个特殊的“生物修饰表面”及局部微环境，对细胞外基质、各种细胞因子、离子等生物分子的质、量进行再分配和重组，它们包含了生物材料的全部信息，并介导材料与细胞的作用。Ca2P陶瓷诱导骨发生过程:Ca2P植入机体非骨部位，吸附内源性骨生长因子，如BMPs等，诱使间充质细胞向材料内趋化、迁移一一骨生长因子作用于间充质细胞相应受体一一经细胞信号转导系统，引起级联放大效应一一相关基因表达，间充质细胞骨向分化为骨母细胞一一分泌骨细胞间特异性的粘连分子(骨粘连素等)一一骨母细胞将具有类似自然骨特定化学组成和三维多孔

8、结构的Ca2P陶瓷错位识别为自然骨，停泊、黏附于其内表面一一骨母细胞自分泌BMP