硼硅酸盐生物玻璃增强PMMA骨水泥临床研究
发布时间：2022-12-05 来源：
骨质疏松性骨折是世界范围内最严重的健康问题之一，聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）骨水泥作为填充固定材料被广泛应用于骨科修复领域。但是由于PMMA的生物惰性，因此体内长期植入后，易发生滑脱、移位，且易造成周围骨的二次骨折等临床并发症。因此向PMMA基体引入能与骨组织形成良性界面的生物活性材料是解决PMMA骨水泥生物惰性的有效途径。
近日，中国科学院深圳先进技术研究院潘浩波研究员，崔旭副研究员，柳州工人医院李兵教授合作在ACS Appl. Mater. Interfaces在线发表题目为“Biological Fixation of Bioactive Bone Cement in Vertebroplasty: The First Clinical Investigation of Borosilicate Glass (BSG) Reinforced PMMA Bone Cement”的文章，张浩、崔颖琳、卓祥龙为论文的第一作者。本研究开发了一种兼具力学支撑与促进成骨性能的可注射性生物活性骨水泥（BSG/PMMA 骨水泥），是一种具有良好的可注射性的产品，注入椎体后可快速固化并对骨折椎体提供支撑，恢复其原有高度；同时，其中的硼硅酸玻璃可以降解促进骨整合，使骨与BSG/PMMA 骨水泥形成良好的骨性结合。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c15250
据报道，弱碱性pH能为新骨形成提供有利的环境——成骨细胞的活性显著增加，而破骨细胞的活性受到显著抑制，因此碱性pH微环境对于诱导骨骼生长至关重要，尤其是在骨质疏松症患者中。根据ISO 5833中对PMMA骨水泥性能的要求，以10- BSG/PMMA骨水泥为研究对象；以商品PMMA骨水泥（OSTEOPAL？ plus）作为对照，发现对照组的pH值基本稳定在7.3左右，并无明显波动。而实验组从一开始的pH9.5左右，到1 h后pH逐渐下降，7 h后pH值降低为8.7左右并持续稳定，使材料表界面形成了碱性离子微环境。且实验组可持续释放Ca2+、Sr2+等对成骨有益的离子，并能有效提高hBMSC的成骨相关基因的表达，显著抑制RAW264.7的破骨相关基因。表明其具有体外成骨性能。并且由于10-BSG/PMMA骨水泥在体内植入后可抑制活化的M1型巨噬细胞，而M1型巨噬细胞已被发现可激活破骨细胞生成并增加破骨细胞活性的细胞因子，从而导致骨吸收，因此10-BSG/PMMA骨水泥在调节局部骨免疫学以增强骨再生方面显示出良好的潜力。
通过将10- BSG/PMMA 骨水泥和对照组OSTEOPAL？plus植入植入山羊椎体中进行骨整合实验的探究，两者安全性和有效性基本相同，但10- BSG/PMMA 骨水泥的骨形成量高于对照组。因此，该新材料可诱导骨形成来增加骨量，有效降低因骨密度低而继发性骨折的风险。
临床试验显示，10-BSG/PMMA骨水泥顺利注入骨质疏松性椎体压缩性骨折 (OVCF) 患者的椎体缺损处，无并发症且无骨水泥渗漏，手术后不久，患者报告背部疼痛明显减轻。患者在手术前后标记了VAS疼痛评分，即使在术后24小时也显著降低，手术后Cobb角也显著减小。这项临床试验证实了10-BSG/PMMA骨水泥可能用于加固和稳定受损椎骨。后续有望作为椎体成形术的生物材料，通过改善宿主骨的生物反应来克服 PMMA 的缺点。
该工作得到科技部重点研发计划、国家自然科学基金、中科院前沿重点研发计划、深圳科技创新委重点研究计划、广西自然科学基金项目支持。
图1 BSG/PMMA骨水泥的制备及BSG/PMMA骨水泥促进骨修复的示意图
图2 10-BSG/PMMA骨水泥进行的人体临床试验