王治昕
摘 要 可降解材料是醫(yī)學(xué)生物研究中的重要方向。本文闡述了鎂材料的概念及其作為生物材料的優(yōu)勢(shì),通過(guò)研究現(xiàn)狀和發(fā)展前景兩方面著重探討了可降解醫(yī)用鎂基生物材料的研究進(jìn)展。
關(guān)鍵詞 鎂合金;生物可降解材料;研究進(jìn)展
引言
現(xiàn)階段,臨床使用的生物材料主要有磷酸鈣及聚乳酸等,但皆存在一些局限性。如磷酸鈣韌性不強(qiáng),聚乳酸強(qiáng)度不高等,為此醫(yī)學(xué)領(lǐng)域也研究出了可降解的金屬類生物材料,其中鎂合金優(yōu)勢(shì)明顯,所以筆者就此展開(kāi)討論,目的是探討鎂基材料的研究進(jìn)展及發(fā)展方向。
1鎂概述
鎂屬于生物體中的必需元素,能有效促進(jìn)人體內(nèi)蛋白質(zhì)及核酸的合成,還能平衡細(xì)胞電位,確保人體脫氧核糖核酸及核糖核酸的穩(wěn)定。對(duì)于健康的成年人來(lái)講,日需鎂量約在360-380毫克之間,過(guò)多攝入的鎂會(huì)隨尿液排出。而鎂基材料具有密度低、韌性強(qiáng)、可降解的特點(diǎn),而且其與人皮質(zhì)骨的密度相近,較為適用于生物材料的研發(fā)。
2鎂基生物材料的優(yōu)勢(shì)
鎂多存在于人體骨骼中,能有效促進(jìn)骨骼生長(zhǎng),若缺鎂則容易引起骨質(zhì)疏松、生長(zhǎng)緩慢等問(wèn)題,所以鎂作為骨骼移植材料具有一定優(yōu)勢(shì)。早在1907年,鎂材料就被國(guó)外著名醫(yī)學(xué)專家應(yīng)用到了骨組織中,鎂板在骨折的腿部?jī)?nèi)起到固定作用,一周后鎂板被分解而鋼釘仍存在,足以證明鎂材料的降解性很強(qiáng)。除此之外,鎂的活性較高,在常溫條件下即可與H2O和CO2產(chǎn)生反應(yīng),人體內(nèi)含有大量水,因此會(huì)與鎂反應(yīng)生成氫氧化鎂和氫氣,此時(shí)析出的氫氧化鎂會(huì)包裹鎂材料,防止其繼續(xù)腐蝕,但隨著氫氧化鎂沉淀的逐漸消失,鎂材料將會(huì)被繼續(xù)降解。根據(jù)早期的案例可知鎂幾乎對(duì)人體無(wú)負(fù)面影響,而且有利于骨骼的生長(zhǎng)和愈合,但需要應(yīng)用專業(yè)鎂合金,普通的純鎂以及鎂合金降解速度過(guò)快,難以達(dá)到支撐骨骼愈合的目的[1]。
3可降解醫(yī)用鎂基生物材料的研究進(jìn)展
3.1 研究現(xiàn)狀
可降解醫(yī)用鎂基材料的研發(fā)推動(dòng)了生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展,改善了傳統(tǒng)鎂合金材料性能上的缺陷,使其降解速度能與人體愈合速度保持一致,為此,相關(guān)人員做了一系列研究。
14年前,Witte等將四種鎂合金用于植入實(shí)驗(yàn),以豚鼠股骨作為植入部位,7天后所有豚鼠股骨位置均出現(xiàn)了氣囊反應(yīng),但半個(gè)月時(shí)間后又自行消失,對(duì)豚鼠并未產(chǎn)生負(fù)面效果。經(jīng)研究,四種鎂合金在豚鼠體內(nèi)反應(yīng)階段均出現(xiàn)了礦物層,半個(gè)月后骨骼快速生長(zhǎng)愈合。3年后,Duygulu等又將實(shí)驗(yàn)對(duì)象轉(zhuǎn)變?yōu)檠?,以螺釘?shù)男问街踩肫潴y骨內(nèi),一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)此部分已新生骨骼。而張廣道等醫(yī)學(xué)研究者則將材料植入于兔子的下頜骨上,前期周圍組織出現(xiàn)發(fā)炎反應(yīng),而且清晰可見(jiàn)組織周圍密布毛細(xì)血管,在第八周以后,骨骼組織已經(jīng)初步形成,在觀察期間,兔子為出現(xiàn)其他不良反應(yīng),抽取的血清中鎂含量在標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi),但尿液中鎂含量升高,可證明鎂的排出方式不是經(jīng)血液吸收,而是通過(guò)腎臟以尿液的形式排除體外。而后Li等學(xué)者將鎂與鈣的合金材料植入兔子骨骼中,判斷二者合金是否會(huì)出現(xiàn)排異反應(yīng),實(shí)驗(yàn)結(jié)果是歷經(jīng)90天后,材料已經(jīng)完全降解,兔子的體質(zhì)特征正常,而且新骨骼生長(zhǎng)發(fā)育良好,為鎂合金材料的應(yīng)用和發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
2013年,鎂合金材料正式被應(yīng)用于人體臨床研究,患者存在腳趾外翻情況,將合金釘植入腳內(nèi)無(wú)異常反應(yīng),趾間關(guān)節(jié)也未出現(xiàn)僵直現(xiàn)象,經(jīng)X光片顯示植入處無(wú)氣泡或壞死情況,半年后腳趾完全恢復(fù)正常,骨骼痊愈。兩年后,國(guó)外專家在股骨骨折治療中應(yīng)用了鎂螺釘,臨床接受治療的十九人中只有一人出現(xiàn)了排異情況,其他患者在一年后體內(nèi)鎂螺釘完全降解,骨骼生成速度也較快。根據(jù)實(shí)時(shí)跟蹤研究發(fā)現(xiàn)螺釘在植入一個(gè)月左右骨骼就有愈合的征兆,半年后鎂螺釘體積明顯減小,約一年的時(shí)間,鎂螺釘已經(jīng)完全消失,骨骼愈合完全。臨川研究表明患者在治療期間無(wú)明顯不適或疼痛情況,活動(dòng)正常。血清檢測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)異常,除鎂海量外,其他鈣、磷、鐵等微量元素也在正常指標(biāo)內(nèi),所以證明大部分人體可適應(yīng)鎂合金。以此為依據(jù),同年德國(guó)公司既開(kāi)發(fā)生產(chǎn)了鎂合金螺釘,可固定小骨骼,韓國(guó)公司研制的鈣鎂合金螺釘主要可用于骨折部位固定。我國(guó)對(duì)美基生物材料的研發(fā)也走上了新臺(tái)階,多家企業(yè)開(kāi)始了動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中,還有處于臨床審批階段的鎂產(chǎn)品。但是市場(chǎng)上的鎂材料多為螺釘,但其強(qiáng)度相較于傳統(tǒng)金屬材料強(qiáng)度較低,所以多應(yīng)用于非承重部分[2]。
3.2 發(fā)展前景
經(jīng)過(guò)前期的研究和發(fā)展,醫(yī)學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)基本掌握了鎂合金材料的性能及特點(diǎn),隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,鎂基材料研究也將步入新的發(fā)展階段,未來(lái)研究的主要領(lǐng)域在于控制鎂合金在人體內(nèi)的降解速度,提高其力學(xué)強(qiáng)度。鎂合金將在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域作為骨科的主要研究對(duì)象,推動(dòng)醫(yī)學(xué)行業(yè)的發(fā)展。筆者預(yù)測(cè)未來(lái)鎂合金研究方向應(yīng)是從復(fù)合角度出發(fā),發(fā)揮復(fù)合材料的性能優(yōu)勢(shì),有效控制鎂合金的反應(yīng)速度,使其強(qiáng)度滿足人體承重范圍,還要對(duì)生物體的功能起到助推作用,優(yōu)化局部骨骼或組織的重構(gòu)過(guò)程,在生物材料不斷發(fā)展的今天發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)和價(jià)值,為醫(yī)學(xué)治療提供有利條件。
4結(jié)束語(yǔ)
總而言之,鎂合金既有金屬材料的韌性,又有可降解的優(yōu)勢(shì),可直接被人體吸收,避免傳統(tǒng)生物材料需要二次取出的局限性,而且滅菌加工環(huán)節(jié)較為方便快捷,受到了醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。但需要明確的是,鎂合金降解速度應(yīng)與組織愈合速度相吻合,而且要將其是否存在其他副作用作為研究的重點(diǎn)內(nèi)容。
參考文獻(xiàn)
[1] 毛金龍.鎂基生物材料表面腐殖酸涂層的構(gòu)建及腐蝕和生物相容性研究[D].成都:西南交通大學(xué),2016.
[2] 龔才華.表面有機(jī)改性鎂基生物材料的制備及生物相容性研究[D].重慶:重慶大學(xué),2016.