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  骨質(zhì)疏松性骨折是世界范圍內(nèi)最嚴(yán)重的健康問題之一，聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）骨水泥作為填充固定材料被廣泛應(yīng)用于骨科修復(fù)領(lǐng)域。但是由于PMMA的生物惰性，因此體內(nèi)長(zhǎng)期植入后，易發(fā)生滑脫、移位，且易造成周圍骨的二次骨折等臨床并發(fā)癥。因此向PMMA基體引入能與骨組織形成良性界面的生物活性材料是解決PMMA骨水泥生物惰性的有效途徑。

  近日，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院潘浩波研究員，崔旭副研究員，柳州工人醫(yī)院李兵教授合作在ACS Appl. Mater. Interfaces在線發(fā)表題目為“Biological Fixation of Bioactive Bone Cement in Vertebroplasty: The First Clinical Investigation of Borosilicate Glass (BSG) Reinforced PMMA Bone Cement”的文章，張浩、崔穎琳、卓祥龍為論文的第一作者。本研究開發(fā)了一種兼具力學(xué)支撐與促進(jìn)成骨性能的可注射性生物活性骨水泥（BSG/PMMA 骨水泥），是一種具有良好的可注射性的產(chǎn)品，注入椎體后可快速固化并對(duì)骨折椎體提供支撐，恢復(fù)其原有高度；同時(shí)，其中的硼硅酸玻璃可以降解促進(jìn)骨整合，使骨與BSG/PMMA 骨水泥形成良好的骨性結(jié)合。 

圖1 BSG/PMMA骨水泥的制備及BSG/PMMA骨水泥促進(jìn)骨修復(fù)的示意圖

  據(jù)報(bào)道，弱堿性pH能為新骨形成提供有利的環(huán)境——成骨細(xì)胞的活性顯著增加，而破骨細(xì)胞的活性受到顯著抑制，因此堿性pH微環(huán)境對(duì)于誘導(dǎo)骨骼生長(zhǎng)至關(guān)重要，尤其是在骨質(zhì)疏松癥患者中。根據(jù)ISO 5833中對(duì)PMMA骨水泥性能的要求，以10- BSG/PMMA骨水泥為研究對(duì)象；以商品PMMA骨水泥（OSTEOPAL® plus）作為對(duì)照，發(fā)現(xiàn)對(duì)照組的pH值基本穩(wěn)定在7.3左右，并無明顯波動(dòng)。而實(shí)驗(yàn)組從一開始的pH9.5左右，到1 h后pH逐漸下降，7 h后pH值降低為8.7左右并持續(xù)穩(wěn)定，使材料表界面形成了堿性離子微環(huán)境。且實(shí)驗(yàn)組可持續(xù)釋放Ca²⁺、Sr²⁺等對(duì)成骨有益的離子，并能有效提高hBMSC的成骨相關(guān)基因的表達(dá)，顯著抑制RAW264.7的破骨相關(guān)基因。表明其具有體外成骨性能。并且由于10-BSG/PMMA骨水泥在體內(nèi)植入后可抑制活化的M1型巨噬細(xì)胞，而M1型巨噬細(xì)胞已被發(fā)現(xiàn)可激活破骨細(xì)胞生成并增加破骨細(xì)胞活性的細(xì)胞因子，從而導(dǎo)致骨吸收，因此10-BSG/PMMA骨水泥在調(diào)節(jié)局部骨免疫學(xué)以增強(qiáng)骨再生方面顯示出良好的潛力。

  通過將10- BSG/PMMA 骨水泥和對(duì)照組OSTEOPAL®plus植入植入山羊椎體中進(jìn)行骨整合實(shí)驗(yàn)的探究，兩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對(duì)照組。因此，該新材料可誘導(dǎo)骨形成來增加骨量，有效降低因骨密度低而繼發(fā)性骨折的風(fēng)險(xiǎn)。

圖2 10-BSG/PMMA骨水泥進(jìn)行的人體臨床試驗(yàn)

  論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c15250