【原创】羟基磷灰石,近乎理想的骨修复及替代材料!


来源:中国粉体网   青黎

[导读]  羟基磷灰石不但具有较好稳定性、生物活性和生物相容性,植入生物体后不会产生刺激性和排异反应,而且具有良好的骨传导作用、生物可分解及诱导骨形成的能力。由于人骨是由60%~70%长20~40 nm厚度为1.5~3.0 nm 的针状羟基磷灰石和胶原纤维构成,所以HAP是人体骨损伤时性能优良且近于理想的骨修复及替代材料。

中国粉体网讯  俄罗斯沃罗涅日国立大学和沃罗涅日国立医科大学科研人员在人造聚合材料的基础上加入了从蛋壳中提取的羟基磷灰石,开发出一种新型黏合剂,其化学组成和结构与真牙非常接近,可用于牙科黏合。实验结果显示,新型黏合剂与牙质之间产生了稳定的联系,更牢固地黏合了人造修复材料。相关研究成果发表在《国际分子科学杂志》上。


目前,牙科医生修复受损牙齿用的是人造材料,普通的修复物就是在这种材料基础上制成。复合材料以及固定修复物所用的胶,在性能和化学组成方面与天然牙组织——牙质有很大不同。因此,它们与真牙结合得很不好,有时会导致修复体的脱落。天然羟基磷灰石存在于各种固体组织中,包括牙齿、骨骼和蛋壳等,因此在其基础上制作的黏合剂可以很好地模拟牙质的特性和结构。


羟基磷灰石( hydroxyapatite,简HAP) 理论化学式为 Ca10 ( PO4 ) 6(OH)2,晶体为六角晶系,密度为3.14~3.16 cm2,不但具有较好稳定性、生物活性和生物相容性,植入生物体后不会产生刺激性和排异反应,而且具有良好的骨传导作用、生物可分解及诱导骨形成的能力。由于人骨是由60%~70%长20~40 nm厚度为1.5~3.0 nm 的针状羟基磷灰石和胶原纤维构成,所以HAP是人体骨损伤时性能优良且近于理想的骨修复及替代材料。




(图片来源:pixabay)


纯HAP材料具有良好的生物相容性、生物活性、骨传导性和骨诱导性,能与骨组织良好结合,诱导新骨生成并为其提供支架,且在体液作用下会部分降解成钙和磷,被人体组织吸收和利用后长出新的组织。然而HAP的力学性能却有明显不足,如脆性大、韧性差,在负重和受扭转力时易断裂或碎裂,这限制了其在人体内负载部位的应用。


作为人体植入材料时,还要防止植入部位的感染。因此,需对HAP进行抗菌性改性或使用不同类型的材料与HAP复合,从而改善HAP的性能,拓宽其用途。如:采用表面改性或包覆、掺杂或将HAP分散在其他基体等措施对HAP进行功能化改性,使其可应用于硬组织修复、载体材料、牙齿填料、环境保护和分离等领域。


羟基磷灰石骨组织工程材料研究进展


1、羟基磷灰石超长纳米线 


羟基磷灰石超长纳米线可用作弹性多孔骨缺损修复支架等生物材料的构建,具有广泛的应用前景,SUN 等首次采用一步溶剂热法合成了锶掺杂羟基磷灰石超长纳米线,据报道,其具有超长的纳米结构和较高的韧性,加之锶离子的掺杂,大大拓宽了羟基磷灰石超长纳米线在骨缺损与牙齿修复等领域的应用。 


2、羟基磷灰石纳米纤维 


羟基磷灰石纳米纤维是羟基磷灰石纳米结构的进一步功能化的发展,先前有报道羟基磷灰石纳米纤维作为组织工程支架表现出优异的性能。Masaki 等以无定形磷酸钙为前驱体,以聚乙烯醇为粘结剂,利用静电纺丝的方法成功制备出了羟基磷灰石纳米纤维,纤维结构良好,并具有纳米孔。 


3、羟基磷灰石/聚己内酯复合支架 


平面聚己内酯纳米纤维支架已被证明能促进间充质干细胞的成骨分化,通过将其与羟基磷灰石构成复合支架,该支架与细胞的亲和力大大增加,并改善了单一支架所具备的一定的有害影响。Salma 等制备出了羟基磷灰石/聚己内酯复合支架,据报道该支架对骨髓间充质干细胞具有良好的增殖诱导作用和成骨分化潜能,细胞毒性较单一支架得到明显改善。 


4、羟基磷灰石/壳聚糖/硫酸软骨素/透明质酸复合支架 


近年来,仿生矿化因其具有与细胞外基质相似的物理、化学和生物特性,受到了研究者的关注。Hu等采用冷冻干燥仿生合成技术,成功制备了羟基磷灰石/壳聚糖/硫酸软骨素/透明质酸复合支架,具有模拟自然骨结构和组成的层次化结构,良好的生物相容性和力学性能,此外,细胞毒性低,有望成为骨组织工程的候选材料。


小结:


羟基磷灰石骨修复材料,是最接近自然骨的合成材料,经过特殊工艺制备的羟基磷灰石支架具有良好的机械性能、生物活性、骨诱导性、生物相容性等特性,是骨组织工程的理想材料。虽然,羟基磷灰石在骨修复方面具有广泛的应用前景和巨大的优势,但距临床应用还需进一步地研究开发,随着科技水平的进步,羟基磷灰石支架材料将不断完善,在骨组织工程中也将得到更大的普及。


参考资料:

1、科技日报:蛋壳提取物可制备牙科黏合剂

2、王洪波等:羟基磷灰石骨组织工程材料研究进展

3、王荣民等: 天然高分子复合羟基磷灰石材料的制备与应用

4、程宏飞等:羟基磷灰石的合成及应用研究进展

(中国粉体网编辑整理/青黎)



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作者:青黎

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