可注射性骨水泥綜述

可注射性骨水泥綜述第1頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四Question什么是可注射性骨水泥？常見的注射性骨水泥有哪些？作為可注射性人體替代骨需要滿足什么要求？骨水泥應(yīng)用技術(shù)有哪些？應(yīng)用在哪些方面？第2頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四可注射性骨水泥可注射性骨水泥人工合成無機材料人工合成有機生物大分子復(fù)合材料和組織工程材料磷酸鈣骨水泥硫酸鈣骨水泥丙烯酸骨水泥復(fù)合物單一材料在生物學(xué)及力學(xué)角度大多都存在缺陷復(fù)合+膠原、珊瑚…骨水泥是在骨矯形修復(fù)過程中,用于填補缺損和固定移植體的材料。第3頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四理想的可注射性骨水泥[1][1]LowKL,TanSH,ZeinSH,RoetherJA,MourinoV,BoccacciniAR.Calciumphosphate-basedcompositesasinjectablebonesubstitutematerials.JBiomedMaterResBApplBiomater.2010;94:273-86.生物相容性好固化過程放熱少組成、結(jié)構(gòu)、性能與人體骨組織相近的生物活性骨水泥第4頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四丙烯酸骨水泥自1996年英國醫(yī)生Charnley首次將聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)用于固定矯形移植體以來,PMMA骨水泥的應(yīng)用對人工關(guān)節(jié)的發(fā)展起過巨大推動作用,并在骨缺損、骨癌刮除后的空洞填充修復(fù)中得到了廣泛應(yīng)用。+：PMMA骨水泥成型容易,使用方便-：PMMA屬于生物惰性材料，不能與宿主骨組織形成有機的化學(xué)界面結(jié)合，另外凝固聚合過程中產(chǎn)生熱量、單體的細(xì)胞毒性作用、可操作時間有限等不足也限制了其臨床應(yīng)用PMMA固相為聚甲基丙烯酸甲酯液相為甲基丙烯酸甲酯共混（放熱）聚合反應(yīng)固化PMMA粉末為5um~130um直徑的小球。無氣味，性能穩(wěn)定。

MMA為無色液體，在一定條件下能自行聚合固化成聚合體PMMA第5頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四PMMA骨水泥產(chǎn)品國外產(chǎn)品CMW(Howmedica)Coriplast3(Corin)OsteoBond(Zimmer)Osteopal(Biomet)Palacos（Biomet）SimplexP(Howmedica)Sulfix-6(Sulzer)ZimmerLVC(Zimmer)國內(nèi)產(chǎn)品：TJ骨水泥（天津）骨固著劑（四川）高效能骨水泥（上海）SH-1型骨水泥（上海）相同——基本成分目前市售的各種品牌的骨水泥其基本成分均是相同的，即甲基丙烯酸甲酯（PMMA）。差別——添加成分各種品牌的骨水泥其添加成分有極大的差別。如促進劑、阻抑劑、顯影劑、抗生素、抗癌藥、骨粉、HA等。第6頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四PMMA骨水泥技術(shù)第一代骨水泥技術(shù)：手工攪拌，指壓填充第二代骨水泥技術(shù)：手工攪拌，骨水泥槍填充第三代骨水泥技術(shù)：離心攪拌/真空攪拌，骨水泥槍填充調(diào)制過程中不會有碎屑脫落而混入骨水泥減少固化骨水泥中空泡的目的第7頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四PMMA骨水泥不足假體磨損：不僅可磨損聚乙烯，也能磨損金屬假體心血管系統(tǒng)反應(yīng)：低血壓、猝死等假體松動：除與聚乙烯碎屑有關(guān)外，還和骨水泥碎屑有關(guān)骨組織損傷：聚合時產(chǎn)熱細(xì)胞毒性：主要是單體降低局部抗感染力，骨-骨水泥界面是細(xì)菌易繁殖區(qū)

過敏反應(yīng)：主要是單體因使用骨水泥而發(fā)生休克、肺栓塞、心肌梗死和猝死的病例，國內(nèi)外均有報道。雖然這些并發(fā)癥極少發(fā)生，但危害極大，應(yīng)引起高度重視。為了預(yù)防和減少骨水泥應(yīng)用過程中全身性反應(yīng)的發(fā)生，充填骨水泥前，應(yīng)通知麻醉醫(yī)師，注意觀察血壓變化，必要時可適當(dāng)?shù)夭捎蒙龎捍胧┱婵諗嚢琛⒚}沖加壓沖洗和骨水泥槍由深至淺注入骨水泥可以減少單體、空氣、血凝塊和脂肪顆粒等進入血液，減輕毒性作用和降低栓塞的可能性。第8頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四PMMA骨水泥復(fù)合物雖然PMMA骨水泥成型容易,使用方便,但由于其生物相容性差,與人體骨是非骨性結(jié)合,近年來研究人員不斷對PMMA骨水泥進行改進：在PMMA骨水泥中加入磷酸鈣陶瓷粉末,可以提高PMMA骨水泥的生物相容性。但由于PMMA密實不透,加入的磷酸鈣陶瓷粉末,其活性可能被掩蓋,不利于其與活體組織發(fā)揮骨傳導(dǎo)作用。為改進PMMA與骨結(jié)合狀況,將PMMA改為多孔結(jié)構(gòu),使骨組織長入骨水泥后,修復(fù)體得到生物學(xué)固定,在一定程度上減緩了松動發(fā)生。王善沅等將該網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)骨水泥材料作為甲氨喋呤(MTX,一種廣譜抗腫瘤藥物)的載體,進行了藥物釋放速度的試驗。并將慶大霉素加入具有網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)的PMMA中,在人工髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)中作了60例臨床應(yīng)用。該骨水泥具有小孔,孔徑在0.1-150.μm之間,大孔孔徑在150μm以上,大孔占所有孔洞面積的10-20%。結(jié)果表明,載有慶大霉素的網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)PMMA骨水泥,其界面剪切應(yīng)力強度比普通骨水泥高30%。臨床使用表明,具有網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)負(fù)載慶大霉素的PMMA骨水泥是目前一種高效、低毒、比較理想的骨水泥,對預(yù)防感染和減少假體下沉有良好作用。有網(wǎng)孔的載藥PMMA,具有載藥和骨水泥雙重功能,若將磷酸鈣陶瓷粉末加入其中,磷酸鈣陶瓷的活性不被掩蓋,有利于發(fā)揮后者的骨傳導(dǎo)作用,更能加強界面結(jié)合,防止假體松動下沉。PMMA骨水泥本身的組分、理化性能等數(shù)十年來沒有根本性的變化第9頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四磷酸鈣骨水泥磷酸鈣生物活性骨水泥（CPC）又稱羥基磷灰石骨水泥它是由兩種或兩種以上磷酸鈣粉末,加上調(diào)和劑,調(diào)成糊狀注入修復(fù)部位,能在人體內(nèi)環(huán)境和溫度下硬化,其成分最終轉(zhuǎn)化為HA。是一種新型的人工骨材料，可用于人體骨缺損的修復(fù)。+：在生理條件下具有自固化能力及降解活性、成骨活性的無機材料具有良好的生物相容性、骨傳導(dǎo)性和骨替代性這種骨水泥可組合成與天然骨類似的組成,植入人體后可參加新陳代謝使骨組織生長,逐步重建成耐久的承重骨。-：抗壓強度低，脆性大未經(jīng)過改性和優(yōu)化的普通磷酸鈣骨水泥通?？勺⑸湫阅懿缓?不能滿足骨科微創(chuàng)手術(shù)的要求,且其力學(xué)性能較差,不能用于承重部位。這種材料能取代生物相容性差的PMMA骨水泥,因此成為研究熱點。研究主要包括各種類型磷酸鈣陶瓷(CPC)生物活性骨水泥配方的篩選及優(yōu)化,調(diào)和劑的選擇,磷酸鈣生物活性骨水泥水化固化的動力學(xué)、影響因素及反應(yīng)最終產(chǎn)物的測定和磷酸鈣生物活性骨水泥生物相容性的研究等。第10頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四磷酸鈣骨水泥第11頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四磷酸鈣骨水泥第12頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四磷酸鈣骨水泥復(fù)合物聚肽共聚物/磷酸鈣骨水泥生物復(fù)合材料殼聚糖微球/磷酸鈣骨水泥復(fù)合材料殼聚糖纖維/磷酸鈣骨水泥復(fù)合材料α-磷酸三鈣/碳纖維復(fù)合增強骨水泥

載辛伐他汀PLGA/磷酸鈣骨水泥復(fù)合材料絲素/半水硫酸鈣/磷酸鈣骨水泥復(fù)合材料力學(xué)強度、生物相容新、孔隙率第13頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四硫酸鈣骨水泥硫酸鈣能夠以無水硫酸鈣、半水硫酸鈣、二水琉酸錦三種形式存在,而用作可注射型骨修復(fù)材料的為半水硫酸鈣,即醫(yī)用硫酸鈣。Richelsoph等[2]在2003年取得一項以硫酸毎為基質(zhì)的可注射骨修復(fù)材料的專利。他們在半水硫酸毎中,加入二水琉酸韓作為促凝剖,經(jīng)丙基甲基纖維素作為塑化剖,濕含量為10%-30%的去礦物質(zhì)骨基質(zhì),從而制成一種混合粉末。該混合粉未與水溶液或鹽溶液(例如0.9^1%的NaCl溶液)混合后,能形成泥狀或稠狀的合成物,就是可注射的硫酸鈣材料。目前報道的文獻中,單獨使用硫酸鈣作為可注射骨修復(fù)材料的很少,一般是將硫酸鈣與羥基磷灰石或磷酸鈣混合使用。[3-5][2]Richelsoph,CoupeK.,Miller,etal.,Bonegraftsubstitutecomposition.UnitedStatesPatent,6652887,2003-11-25.[3]NilssonM.,WielanekL.,WangJ.S.,etal,Factorsinfluencingthecompressivestrengthofaninjectablecalciumsulfate-hydroxyapatitecement[J].JournalofMaterialsScience:MaterialsinMedicine,2003,14(5):399-404.[4]FernandezE.,VladM.D.,GelM.M.,etal,ModulationofporosityinapatiticcementsbytheuseofQ-tricalciumphosphate-calciumsulphatedehydratemixtures[J].Biomaterials,2005,26(17):3395-3404.[5]GattaA,RosaA.D,LaurienzoP.,etal,Anovelinjectablepoly(￡caprolactone)/calciumsulfatesystemforboneregeneration:synthesisandcharacterization[J].MacromolecularBioscience,2005,5(11):1108-1117.+：半水琉酸鈣,它具有良好的生物相容性、可降解吸收性（克服硫酸鈣降解速度快）、骨傳導(dǎo)性-：注射型琉酸鈣骨移植替代材料的質(zhì)地較脆、機械強度依然有限,一般不用于治療骨干部骨折的缺損,更不能用它代替內(nèi)固定或外固定。第14頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四硫酸鈣骨水泥復(fù)合物MaterialsandmethodsBiocement-H-control，CSD-controlpowderphase-98wt%a-TCP(minorcontentsofb-TCP)and2wt%precipitatedhydroxyapatite(PHA）liquidphase-anaqueoussolutionof2.5wt%disodiumhydrogenphosphate(Na2HPO4)DHPliquidtopowder(L/P)ratiowas0.32mL/gthepowderphaseofBiocement-Hwasmodifiedwith5,10,20and25wt%CSD(Sigma-C3771)AllthecementsweremixedbyhandinamortarwithaspatulaThespecimens,immersedin200mLRinger’ssolutionat37℃,wereremovedfromthemouldsafter30minandstoredagainfor1,2,4,8,16hand1,3,5and14dayspriortotesting.BioCSD-20andBioCSD-25

werekeptinRinger’ssolutionfor28and35days

第15頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四硫酸鈣骨水泥復(fù)合物ResultsItwasobservedthatthemaximumcompressivestrengthofBiocement-H(45MPa)decreasedastheamountofCSDincreasedinthecementpowdermixture(30MPafor25wt%ofCSD).Itwasalsoobservedthatafter

completedissolutionoftheCSDphaseaporousapatiticstructureappearswithamechanicalcompressivestrengthsuitablefor

cancellousboneapplications(10MPa).

第16頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四硫酸鈣骨水泥復(fù)合物第17頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四硫酸鈣骨水泥復(fù)合物Thiscompositematerialevolvedgraduallyintoaporousmaterialwithinthestrengthoptimumlimitsoftrabecularboneapplications.Asporosityappearedgradually,duetothedissolutionoftheCSDphase,thiscompositematerialcouldhavetheadvantageofbeingusefulasaCSD-drugdeliverysystem.Moreover,bonetissuecellscouldusetheincreasingporositytoimprovetheosteointegrationoftheimplantaswellastoaccelerateitscompletetransformationintorealbonetissue.第18頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四硫酸鈣骨水泥復(fù)合物MaterialsandmethodsCPCpowderwascomposedofTTCPandDCPA，Calciumsulphatehemihydrate(CaSO41/2H2O,CSH)CPCservedasbasisforallexperiments,and40and60wt%CSHwereaddedintotheCPCpowdertoformcalciumsulphate/phosphatecement(CSPC)powders

第19頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四硫酸鈣骨水泥復(fù)合物Results第20頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四硫酸鈣骨水泥復(fù)合物第21頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四硫酸鈣骨水泥復(fù)合物theCSPCsamplesimplantedinthebonedefectsofrabbitfemora

Hematoxylin/eosinstainedsectionsof40wt%CSPCsamplesimplantationinvivofor1(a920),2(b920),3(c920)and3(d940)months.Inthephotos,Bdenotesnewlyformedbonetissue,whileCdenotescement

CSPCpresentednotonlygoodbiocompatibilityanddegradabilitybutalsofasterandmoreeffectiveosteogenesisinthedefectarea.TheCSPCcementpreparedinthisexperimenthasareasonablesettingtime,suitablemechanicalstrength,excellentdegradabilityandbioactivityforbonerepair

第22頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四一、人工合成有機生物大分子第23頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四臨床問題：骨缺損

措施：將可注射性液態(tài)骨修復(fù)材料注射填充到骨缺損部位后原位固化，通過周圍組織細(xì)胞的遷入形成細(xì)胞－生物材料復(fù)合體，在材料逐步降解吸收的過程中，細(xì)胞增殖形成新的骨組織。

背景第24頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四脊柱內(nèi)固定術(shù)術(shù)前X片：骨質(zhì)疏松；胸腰段后凸畸形，腰椎后凸減少；椎體邊緣骨質(zhì)增生。術(shù)后X片：腰椎前凸角度恢復(fù)；椎弓根釘內(nèi)固定系統(tǒng)位置滿意；骨水泥在椎體內(nèi)彌散，加固骨質(zhì)強度，提高螺釘把持力臨床問題：胸腰椎骨折、腰椎管狹窄癥、脊柱腫瘤、脊柱畸形矯形第25頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四可降解高分子及其復(fù)合物，由于具有良