磷酸钙生物陶瓷的固有骨诱导性

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1、磷酸钙生物陶瓷的固有骨诱导性学院材料科学与工程专业高分子材料与工程学生姓名DH指导教师古菊提交日期2012年5月13日磷酸钙生物陶瓷的固有骨诱导性高分子材料科学与工程DH摘要：磷酸钙材料与骨的无机相组成相近，具有良好的生物相容性和骨传导性，植入体内物抗原性，但学界一直认为磷酸钙陶瓷是一类只有骨传导性而无骨诱导性的生物活性材料。本文综述了磷酸钙生物陶瓷材料在骨诱导性方面的表现，就磷酸钙陶瓷骨诱导性的发现和确认、磷酸钙陶瓷骨诱导的过程和机制以及影响磷酸钙陶瓷骨诱导性的因素进行展开，简要的分析了骨诱导过程中间充质细胞的来源的

2、可能途径，对骨诱导过程的的生物因子BMP的作用机制做了必要的介绍，详细地叙述了磷酸钙陶瓷骨诱导性的材料学影响因素，并对磷酸钙生物陶瓷材料的的研究和应用作了展望。关键词：磷酸钙生物陶瓷；骨诱导性；机理；影响因素1、引言由疾病、外伤、骨质疏松等各种原因带来的骨缺损在临床上十分常见，据不完全统计，2000年美国就有120万病人接受骨修复治疗，其中有45万是骨移植，耗资接近1200亿。一旦发生骨缺损，难以完全靠自身移植进行修复重建，往往是依靠具有良好生物活性并且能够应用于人体的骨替代材料。目前，临床应用的【1】骨替代物局限于自

3、体骨,同种异体骨、异种骨及各种人造骨生物材料。自体骨是最好的替代物，但采用自体骨修复需开辟第二术区增加患者痛苦，无异于“挖肉补疮”，而且供骨有限，难经获得所需的良好外形；异体或异种骨移植存在免疫排斥及潜在传染疾病的可能，且成功率较低；各种人造骨生物材料应用仍是骨缺损修复的重要手段，包括有机高分子、金属、陶瓷及复合材料。磷酸钙陶瓷因具有良好生物相容性和骨传导性，与骨的无机相组成相似，且无抗原性，大量应用于骨缺损修复材料中，目前己广泛应用于临床的人工合成的骨替换材料中60%是磷酸钙陶瓷。当今生物材料设计和发展的原则是充分调

4、动机体的自我修复、愈合能力，特别是赋予材料诱导机体骨再生的生物功能。因而，关于磷酸钙生物陶瓷诱导骨形成的研究和探索具有极其重要的意义。2、磷酸钙生物陶瓷的骨诱导性2.1磷酸钙生物陶瓷作为一类常见的生物陶瓷，磷酸钙被广泛应用于生物医学领域的各个方面，在临床中只要用作硬组织（骨和牙齿）的修复或替换。目前比较常见的有羟基磷灰石（Hydroxyapatitc,HA）、磷酸三钙（Tricalciumphosphate,TCP）以及它们的复合物双相磷酸钙陶瓷(CBiphasiccalciumphosphate,BCP)。羟基磷灰石

5、是磷酸钙盐在水溶液中的一种稳定相，在正常的生理环境下降解性能较差，组成与人体硬组织无机成分相同，且晶体围观结构类似。磷酸三钙是磷酸钙盐的高温相，相转变【2】温度为1120~1180℃，相转变温度以上为α-TCP，以下为β-TCP。TCP在模拟体【3】液（SBF）中易溶解，溶解度大约为HA的10~20倍，被认为是一类较好的可降解生物陶瓷，但降解速率较差，难于与骨生长速率相匹配。双相磷酸钙陶瓷由羟基磷灰石和磷酸三钙两相复合而成，其降解速率界于二者之间，因此可通过调节两相的比例来获得降解速率适当的陶瓷，以满足骨替换材料的需要

6、。2.2磷酸钙骨诱导性现象的发现和确认虽然早在1911年，Wells在其著作《内科学文库》中提出一种理论：钙盐对【4】成骨活性具有激活作用。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，具有骨传导性，即材料植入骨环境中，骨组织能沿着植入体表面或内部孔隙攀附生长。然而当时多数文献报道磷酸钙陶瓷仅有骨传导性，并无骨诱导性，即诱导间充细胞向成骨细胞分化的能力。1988年【5】Heughebeart等研究发现，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，但

7、未出示组织学的证据。1990年【6】Yamasaki首次报道了多孔HA植入狗皮下，观测到有骨组织的形成。1991年，【7】【8】我国学者张兴栋等和南非的Ripamonti分别报道植入狗2月和拂拂3，6，9月非骨部位的多孔HA中有新骨形成，证明一定结构的磷酸钙生物陶瓷骨诱导性的存在。1992年国内外又报道了羟基磷灰石陶瓷植入猴中异位成骨。随后国内外学者陆续报道了多孔羟基磷灰石和磷酸三钙双相陶瓷、多孔β-磷酸三钙陶瓷以及磷酸钙骨水泥中的异位成骨，并通过早期细胞分化和骨组织细胞形成的组织学细胞形成学的研究，证实了磷酸钙生物材

8、料诱导骨形成的过程是正常的骨发生和形成过程，属膜内成骨，而不是病理性钙化，进一步提出骨诱导性可能是钙磷生物材料在一定条件下的固有特性的观点。2.3磷酸钙生物陶瓷诱导成骨作用的机理2.31磷酸钙诱导成骨的过程和机制按照Urist的观点，发生骨诱导必须满足三个条件：①存在可分化成骨的间充质细胞（即靶细胞）；②存在引导间充质细胞向成骨细