載藥納米材料治療骨缺損或骨缺損伴骨髓炎的研究進(jìn)展

弓家弘 王靜成 王大新

載藥納米材料治療骨缺損或骨缺損伴骨髓炎的研究進(jìn)展

弓家弘 王靜成 王大新

1 骨髓炎與骨缺損的臨床治療困境

骨髓炎是臨床上一種嚴(yán)重的骨感染性疾病，急性骨髓炎死亡率很高，近年來(lái)由于抗生素的應(yīng)用死亡率已明顯下降，但由于診斷不及時(shí)多可轉(zhuǎn)化為慢性[1]。骨髓炎可分為血源性骨髓炎與創(chuàng)傷性骨髓炎。隨著經(jīng)濟(jì)和衛(wèi)生狀況的改善，血源性骨髓炎的發(fā)生率顯著降低。目前，創(chuàng)傷性骨髓炎已成為骨科感染的最主要病種[2]。

骨髓炎常規(guī)抗生素靜滴治療效果不佳，而且骨髓炎手術(shù)治療失敗率高，復(fù)發(fā)率高[2]。在創(chuàng)傷性骨髓炎中，有時(shí)創(chuàng)傷會(huì)造成大面積骨缺損，這使本來(lái)難以治療的骨髓炎變得更為棘手。為了徹底治愈骨髓炎，并促進(jìn)骨組織的重建，許多學(xué)者都進(jìn)行了不同的嘗試。

臨床上治療慢性骨髓炎的常用方法是慶大霉素—骨水泥珠鏈填塞法，但由于骨水泥珠鏈不能降解吸收，多需二次手術(shù)取出，且有周圍機(jī)化包裹病原菌的可能[2]。而且在拔出珠鏈后，由于珠鏈本身不能降解亦無(wú)骨誘導(dǎo)活性，會(huì)殘留大量骨腔，這些骨腔往往還需二次手術(shù)植骨。

骨組織重建的方法應(yīng)根據(jù)缺損大小來(lái)決定。對(duì)于脛骨缺損來(lái)說(shuō)，小于8 cm的缺損可采用后外側(cè)松質(zhì)骨移植，大于8 cm的缺損則需帶血管腓骨移植來(lái)進(jìn)行治療。近年來(lái)，也有使用游離肌瓣移植或松質(zhì)骨移植修復(fù)大于8 cm缺損的。但不論松質(zhì)骨移植或是使用肋骨、腓骨移植，患者都需要進(jìn)行多次手術(shù)，增加患者的痛苦，供體可能難以提供足夠的骨量。也有學(xué)者提出使用異體骨修復(fù)骨缺損，但異體移植骨雖然預(yù)先經(jīng)過(guò)化學(xué)、冷凍或射線處理等措施來(lái)抑制免疫反應(yīng)，但仍具有一定的抗原性[3]。其他材料，如金屬、陶瓷、高分子等替代材料也同骨水泥鏈一樣難以被機(jī)體吸收降解，它們不能參與人體新陳代謝，長(zhǎng)期滯留于體內(nèi)妨礙骨組織的改建和完全修復(fù)，因而遠(yuǎn)期效果欠佳。

另外，在骨缺損并發(fā)骨髓炎時(shí)，有些大的創(chuàng)口即使沒(méi)有感染，也有細(xì)菌污染存在，進(jìn)行骨移植易導(dǎo)致感染[2]。因此大面積骨缺損時(shí)，多不宜進(jìn)行一期骨移植手術(shù)和閉合傷口。前期手術(shù)多采用開放性骨移植或需等創(chuàng)腔壁有良好的肉芽組織覆蓋后再進(jìn)行手術(shù)。此法可勉強(qiáng)處理一些骨髓炎伴骨缺損病例，但不能達(dá)到一期閉合創(chuàng)口，創(chuàng)口最終形成巨大致密纖維瘢痕。

由于上述諸多困難，使學(xué)者們紛紛尋找一種治療骨髓炎合并骨缺損的更有效、便捷、減輕病人痛苦的方法。

2 載藥納米材料的優(yōu)勢(shì)

2.1 納米替代材料本身的優(yōu)勢(shì)

納米材料增加了材料表面的粗糙度，減少了表面的大小及孔隙的直徑，使材料的溶解性得以提高，生物降解性好。增加了材料表面的親水性，可以吸附更多的細(xì)胞，提高蛋白質(zhì)的吸附作用，進(jìn)而使細(xì)胞和生物材料之間發(fā)生交聯(lián)，提高材料的組織相容性[3]。

上世紀(jì)70年代，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)羥基磷灰石（Hydroxyapatite，HA）是人體骨骼的主要無(wú)機(jī)成分[4]，寬約2～5 nm，長(zhǎng)約50 nm。納米羥基磷灰石（nano-Hydroxyapatite，nHA）在一定程度上模仿了骨骼的超微結(jié)構(gòu)，植入體內(nèi)的效果相當(dāng)于自體骨移植，且又避免了損傷自身器官。如果加入膠原及其他誘導(dǎo)骨生長(zhǎng)的因子，則不失為一種優(yōu)良的骨替代材料。Logroscino等[5]用單純nHA膠原材料與普通HA材料進(jìn)行了兔骨缺損的實(shí)驗(yàn)對(duì)比，證實(shí)了nHA材料的良好生物學(xué)特性。

納米級(jí)骨材料具有如下優(yōu)點(diǎn)：①良好的生物相容性，無(wú)免疫排斥反應(yīng)，無(wú)毒；②與無(wú)機(jī)骨基質(zhì)成分相近，可與宿主骨直接愈合；③良好的機(jī)械性能及化學(xué)穩(wěn)定性，在體內(nèi)能長(zhǎng)期穩(wěn)定地行使骨組織功能，成骨較快，抗腐蝕性較好，耐磨性較強(qiáng)；④來(lái)源充足，可高壓消毒，儲(chǔ)存方便[6]。

2.2 載藥的必要性

由于創(chuàng)傷性骨髓炎具有很大的感染風(fēng)險(xiǎn)，多不能一期手術(shù)植骨，并需要大量抗生素預(yù)防治療，會(huì)增加病人痛苦和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。而骨髓炎清創(chuàng)后亦很難保證無(wú)菌，有很大的感染風(fēng)險(xiǎn)，同樣不能一期植骨或只能開放性植骨。在以上兩種情況下，雖然仿生納米骨有良好的組織相容性，但若單純納米材料植入效果往往不佳。有學(xué)者考慮將抗生素加入納米骨中，依靠納米材料的特性，既可以保證藥物的均勻分布，又可以達(dá)到藥物在體內(nèi)的緩釋效果。湯善華等[7－10]和Koort等[11]都制備出了載藥納米材料，并進(jìn)行了動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。李云飛等[12]還制作了兔的骨髓炎模型，并將研制成的載藥納米骨一期植入兔骨中，取得了良好的治療效果，展示了納米材料應(yīng)用的廣闊前景。

3 納米仿生骨治療骨髓炎或骨缺損的研究方法

3.1 納米材料的設(shè)計(jì)與制備

3.1.1 基本納米骨組織的制備

研究者們大都選用nHA作為骨替代材料的主要成分，是因?yàn)閚HA具有與人體骨無(wú)機(jī)成分相似、組織相容性好等優(yōu)點(diǎn)。而實(shí)驗(yàn)用的nHA多見三種形制：納米級(jí)的HA晶粒、nHA膠原復(fù)合材料與nHA酰胺66（Polyamide 66，PA66）復(fù)合材料。肖建德等[6]介紹了將nHA制成仿生陶瓷的方法，即以CaPO3溶解、凝膠化、固化低溫?zé)崽幚砗蟮玫郊{米HA粒子，再加入Si3N4與β-SiC后成型燒結(jié)而成。而田曉濱等[13]用nHA晶粒（20～550 nm）與磷酸鈣混合制成了可塑性的骨漿。湯善華等[7-10]則通過(guò)nHA粉與慶大霉素混合制成了納米骨藥粒。用nHA晶粒制作替代材料較為方便，且易于塑形，便于在納米骨中加藥或其他因子。但由于缺乏膠原，其成型后不能形成松質(zhì)骨樣的孔隙，因此在組織相容性與吸收率上還有所欠缺。

更常用的是nHA膠原復(fù)合材料（n-HA/collagen，nHAC），對(duì)于nHA膠原復(fù)合材料的制備，鮮思平等[14]進(jìn)行了詳細(xì)的綜述，大致可有：pH控制的自組裝雙親縮氨酸分子重現(xiàn)細(xì)胞外基質(zhì)納米機(jī)構(gòu)纖維支架法、交替沉淀法、滴定共沉淀法和仿體內(nèi)骨膠原礦化法等。這些方法制備的nHA膠原復(fù)合材料，不論在組成成份還是在超微結(jié)構(gòu)上都非常類似自然骨，由于膠原的存在，成骨細(xì)胞增殖、活化，纖維基質(zhì)迅速轉(zhuǎn)變成骨傳導(dǎo)的基質(zhì)。骨島中有骨細(xì)胞，骨形成活躍的地方有大量的成骨細(xì)胞，植入物降解和骨替代的過(guò)程與骨的改建過(guò)程相似[14]，因此nHA膠原復(fù)合材料有合適的降解吸收率和良好的組織相容性。但nHA膠原復(fù)合材料不易添加其他活性成份，實(shí)驗(yàn)中多采用已成型的材料，可塑性不佳。而張超等[15]制得了nHA膠原復(fù)合骨的凍干粉并進(jìn)行了塑形。陳鵬等[16]更是用真空吸附法在nHA膠原復(fù)合材料中加入了克林霉素，這說(shuō)明nHA膠原復(fù)合材料在添加活性成份與可塑性方面還有很大發(fā)展空間。

nHA/PA66是由nHA晶粉與PA66混合制成[17]，可看作是單純使用nHA晶粒的改良型材料。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，PA66具有良好的組織相容性，在體內(nèi)的降解速率適中，對(duì)人體無(wú)毒副作用[17]。加入了PA66的nHA可以提高替代材料的韌性，克服原nHA材料性質(zhì)脆、降解慢的缺點(diǎn)，但nHA/PA66復(fù)合材料在其制作過(guò)程中加藥或其他活性成分較困難。

3.1.2 納米人工骨的添加成分

單純的nHA制成的納米骨有不足之處：①脆性大、韌性低，不能用于負(fù)重部位骨缺損的修復(fù)[14]。②在體內(nèi)降解速度過(guò)慢。劉新暉等[18－19]使用單純nHAC植入做對(duì)照組，12周后仍能觀察到植入物與宿主骨的界限，周邊僅有少量纖維骨痂形成，大部分材料仍未降解；張超等[15]用nHA/PA66做對(duì)照，12周后仍未達(dá)到骨連接；孟純陽(yáng)等[20]使用仿真程度很高的網(wǎng)孔nHA/PA66但未添加任何其他成份，需16周方可修復(fù)骨缺損。③實(shí)驗(yàn)證實(shí)，微米級(jí)的HA只有骨引導(dǎo)作用而無(wú)骨誘導(dǎo)作用[17]，納米級(jí)HA雖然具有一定的骨誘導(dǎo)作用，但其誘導(dǎo)能力不強(qiáng)，雖然Zambonin等[21]通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明成骨細(xì)胞在納米級(jí)HA材料上相對(duì)微米級(jí)的HA上有更強(qiáng)的活性，但單純nHA的作用有限，還不能說(shuō)明其具有促骨生成的作用。Zambonin等[21]在成品材料中加入了生長(zhǎng)因子以促進(jìn)成骨細(xì)胞活性，但并不能在較短時(shí)間內(nèi)修復(fù)大面積骨缺損。④不論是預(yù)防感染或是在感染風(fēng)險(xiǎn)下植骨，單純nHA材料都不能起到很好的效果。

近年來(lái)，研究者們嘗試將其他具有生物活性或藥性的成份引入納米骨材料，具體有：

①增加材料骨誘導(dǎo)與促骨生成作用的成份，包括加入成骨細(xì)胞[22]、骨髓間充質(zhì)細(xì)胞[18－19，23]、帶有產(chǎn)生骨形態(tài)發(fā)生蛋白（Bone Morphogenetic Protein，BMP）質(zhì)粒的真核載體[13，24]、產(chǎn)生血管內(nèi)皮細(xì)胞因子165的真核載體[13]等等。另有直接在材料中加入BMP與紅骨髓的研究[25]，雖然活性不高，促骨生成作用時(shí)間持續(xù)不長(zhǎng)，但成本低且較簡(jiǎn)便。Zambonin等[21]加入了胰島素樣生長(zhǎng)因子（Insulin-like Growth Factor 1，IGF-1），體外實(shí)驗(yàn)證實(shí)對(duì)成骨細(xì)胞有促進(jìn)作用。Jensen等[26]添加了骨形成蛋白（Osteogenic Protein 1，OP-1），也取得了良好效果。

②改善納米骨性質(zhì)的無(wú)機(jī)、有機(jī)成分。無(wú)機(jī)成分包括：增加材料組織相容性與硬度的碳納米管[6，27]；使材料具有可塑性的磷酸鈣粉[13]；增加硬度的Si3N4與β-SiC[6]；幫助代謝、造血與骨骼恢復(fù)的無(wú)機(jī)金屬成分，如鐵[28]等。有機(jī)成分則包括：增加材料韌性的纖維材料[18，27]與PA66[15，17，20]等。

這些成分中有很重要的一類即多聚化合物。PA66是國(guó)內(nèi)較為常用的一種多聚化合物，Wei等[29]研究了nHA與聚酰胺在骨替代材料中的配比，認(rèn)為聚酰胺可增加納米骨的承重能力。另有報(bào)道認(rèn)為，加入聚乳酸可增強(qiáng)HA復(fù)合材料的吸收降解能力與組織相容性[30]；加入聚乙烯丙烯酸可增強(qiáng)材料的力學(xué)性能[31]；加入聚乙烯醇可使nHA形成膠凍狀[32]。

③治療骨髓炎并預(yù)防感染的成份多為抗生素，有常用的慶大霉素[7－10，33]，治療厭氧菌感染的強(qiáng)力抗生素克林霉素[16]以及對(duì)耐甲氧西林金黃色葡萄球菌效果優(yōu)秀的萬(wàn)古霉素[9]和對(duì)普通金黃色葡萄球菌效果優(yōu)秀的環(huán)丙沙星[11，34]等。

3.1.3 納米人工骨的形制

納米人工骨可制成片狀、圓柱狀、塊狀、藥粒等形狀。田曉濱等[13]制成的納米骨漿呈無(wú)定形狀態(tài)，具有可注射性。Stallmann等[33]制備了納米骨水泥，還在其中加入了nLF1-11和慶大霉素。Xu等[32]制成了nHA/PVA水凝膠，柔軟而具有可塑性，可用于非承受部位的骨缺損修復(fù)或作為修補(bǔ)缺損的輔助性材料。由于臨床病變多種多樣，只有可塑性強(qiáng)的替代材料才能適用多種情況。因此，可塑性也是納米人工骨的一個(gè)發(fā)展方向。有許多學(xué)者采用粉劑體外預(yù)制成一定的形狀后再植入實(shí)驗(yàn)動(dòng)物體內(nèi)，也使材料具有一定的可塑性。Qiu等[35]制作了微球形的nHA（直徑30～50 nm），湯善華等[7-10]也制作出nHA微球，認(rèn)為微球形的nHA更有利于藥物及其他添加成分的均勻分布與緩釋。

另外納米人工骨的孔徑大小與孔隙率也是影響正常骨組織長(zhǎng)入與材料降解吸收的重要方面。多孔結(jié)構(gòu)具有較高的比表面積，可提供較大的表面積和空間，不但能促進(jìn)細(xì)胞的黏附生長(zhǎng)，而且有利于細(xì)胞外基質(zhì)的沉積以及營(yíng)養(yǎng)和氧氣的進(jìn)入及代謝產(chǎn)物的排出，也有利于血管和神經(jīng)的長(zhǎng)入[20]?？讖脚c孔隙率尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，有報(bào)道認(rèn)為孔徑＜100 μm不利于骨細(xì)胞長(zhǎng)入，因此將孔隙大小保持在100～1 000 μm之間較為合適[36]。孔隙率的大小須根據(jù)材料的用途來(lái)決定，因?yàn)榭紫堵试龃笥欣谔岣弑缺砻娣e，便于細(xì)胞長(zhǎng)入，但降低了材料的力學(xué)強(qiáng)度?？紤]到吸收與強(qiáng)度之間的平衡，作為修復(fù)骨缺損的納米骨材料孔率設(shè)計(jì)在50%～80%之間，這同人體松質(zhì)骨的孔隙率相當(dāng)，具有良好的生物活性。鄭謙等[17]通過(guò)在納米材料表面嵌入NaCl的方法，造成了200～400 μm的孔徑。這種做法只能確保材料表面一層的降解并與自體骨接合，但是其內(nèi)部的實(shí)心結(jié)構(gòu)使得材料進(jìn)一步降解非常困難。Mobini等[37]則先用HA、明膠、NaCl制成混合物，然后成型、加熱、去鹽制成多孔材料（100～200 μm），材料整體都呈疏松結(jié)構(gòu)，性狀良好。Ignjatovic等[30]也采取了類似的方法。孟純陽(yáng)等[17]采用了有機(jī)材料揮發(fā)法制出了均一的孔洞，但其采用的有機(jī)材料具有一定的細(xì)胞毒性，可能影響材料的植入效果。

3.2 納米骨材料性質(zhì)的檢測(cè)

劉新暉等[38]測(cè)驗(yàn)了納米相HA膠原復(fù)合材料的組織相容性；謝鑫薈等[39]研究了鈦合金表面涂納米HA的人骨髓基質(zhì)干細(xì)胞相容性，都證明了納米骨復(fù)合材料與骨髓基質(zhì)干細(xì)胞或成骨細(xì)胞有良好的相容性。Huang等[40]用熱相分離法制備了nHA復(fù)合材料支架，檢測(cè)了其與兔骨髓基質(zhì)干細(xì)胞的相容性。鄭謙等[17]在制成nHA/PA66替代材料后檢測(cè)了其抗壓強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、彈性模量等力學(xué)性質(zhì)。對(duì)于使用載藥納米骨治療及預(yù)防骨髓炎，湯善華等[7－10]分別進(jìn)行了加入抗生素的抑菌試驗(yàn)與載藥納米粒的抑菌試驗(yàn)，而陳鵬等[16]與李云飛等[12]只進(jìn)行了成品藥粒的體外抑菌試驗(yàn)，方法大體相同。

3.3 動(dòng)物模型的制作

3.3.1 骨缺損模型的制作

孟純陽(yáng)等[20]將新西蘭大耳白兔的橈骨在遠(yuǎn)端2.5 cm處鋸斷橈骨。李志躍等[41]直接用銳剪剪斷橈骨，再向近側(cè)推進(jìn)1.5 cm鋸斷，連同附著的骨膜一起去除該段1.5 cm的橈骨，植入納米材料或進(jìn)行相關(guān)處理后，再逐層閉合創(chuàng)口，不做內(nèi)外固定。肖建德等[6]截取青紫蘭兔2 cm的橈骨。袁治國(guó)等[42]采用家兔，從鷹嘴突下30～40 mm處截除了30 mm的尺骨中段骨干，并對(duì)骨端進(jìn)行蠟封[25]。除橈骨骨缺損模型外，F(xiàn)ukui等[43]將日本白兔的下頜骨鉆出直徑2 mm深4 mm的小洞作為植入材料的模型。陳鵬等[16]與郝曉光等[22]在兔顱骨上打孔造成骨缺損模型，孔徑5～8 mm不等。

以上幾種模型制作方法各有利弊，以孟純陽(yáng)等[20]制作的骨缺損模型最為實(shí)用。因?yàn)轱B骨缺損模型雖然有手術(shù)操作簡(jiǎn)單、缺損處不受力、活動(dòng)頻率低宜于骨生長(zhǎng)重構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)，但臨床上四肢處的骨缺損更為常見，四肢處的外傷、骨髓炎等都可以造成大面積的骨缺損。另外，雖然下肢受力較多、上肢活動(dòng)頻繁等看似不利于骨的生長(zhǎng)重構(gòu)，但功能狀態(tài)下的四肢活動(dòng)是骨恢復(fù)生長(zhǎng)重新構(gòu)型的重要條件，適度承重與活動(dòng)可能有利于骨缺損的修復(fù)。

還有不少學(xué)者使用鼠作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，Ignjatovic等[30]使用了Balb/c小鼠，將納米材料植入其腹膜中，雖與植入骨中有一定差距，但可大體了解材料植入體內(nèi)的情況。Lewandrowski等[44]則使用了SD大鼠作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，他們采用了在脛骨前內(nèi)側(cè)干骺端造成直徑3 mm孔洞的方法制作了大鼠的骨移植模型。鼠作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象的優(yōu)點(diǎn)：①價(jià)格便宜；②操作便利；③飼養(yǎng)、搬運(yùn)方便，易于管理。但也存在一些缺點(diǎn)：①鼠并非國(guó)際公認(rèn)的制作骨缺損或骨髓炎的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，缺乏統(tǒng)一的量化指標(biāo)；②鼠的體形較小，骨骼等器官結(jié)構(gòu)亦很微小，需要非常精細(xì)的手術(shù)操作；③鼠的壽命較短，這與骨損傷所需的較長(zhǎng)恢復(fù)期有一定矛盾；④鼠抵抗外來(lái)?yè)p傷刺激的能力較差，在實(shí)驗(yàn)中或?qū)嶒?yàn)后的恢復(fù)期中容易死亡。

劉新暉等[18]使用中國(guó)靑山羊?yàn)閷?shí)驗(yàn)對(duì)象，截取脛骨40 mm制成骨缺損模型。鄭謙等[17]使用雜種犬，造成下頜骨下緣箱狀缺損（15 mm×10 mm×5 mm）。Jensen等[26]使用了拉布拉多犬，在雙側(cè)膝關(guān)節(jié)的股骨內(nèi)外側(cè)髁鉆取了直徑11 mm圓柱形孔洞以植入修復(fù)材料。使用這些動(dòng)物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，優(yōu)點(diǎn)在于易觀察，生理結(jié)構(gòu)和手術(shù)操作等擬人性較強(qiáng)，但沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程較為復(fù)雜，而且這些動(dòng)物皆價(jià)值不菲。

3.3.2 骨髓炎模型的制作

文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)較少，以前有過(guò)雞或兔的血源性骨髓炎模型的制作方法。近年來(lái)，由于血源性骨髓炎已罕有發(fā)病，故此模型現(xiàn)已棄用。創(chuàng)傷性骨髓炎發(fā)病率的增加，使許多學(xué)者開始設(shè)計(jì)制作動(dòng)物的創(chuàng)傷性骨髓炎模型。李云飛等[12，45]采用脛骨干骺端注射5%魚肝油酸鈉和MRSA菌種的方法誘導(dǎo)，3周后形成慢性骨髓炎模型。陳鵬等[16]通過(guò)在植入載藥納米材料后，向材料表面滴加金黃色葡萄球菌懸濁液的方法，制作了兔的“預(yù)防感染”模型。湯善華等[8，10]未使用病原菌，僅通過(guò)在兔左股骨外髁開窗植入納米藥粒的方法，檢測(cè)了納米藥粒在體內(nèi)的釋藥情況。Koort等[11]通過(guò)骨水泥填充，接種病原菌，填充材料移出，再植入載藥材料的方法模擬了臨床上骨髓炎治療并發(fā)骨缺損的情況。Stallmann等[33]與Kanellakopoulou等[34]都通過(guò)穿孔注入的方法誘發(fā)兔的骨髓炎，Kanellakopoulou等[34]還將穿刺針留置兔傷口內(nèi)一段時(shí)間以模擬異物創(chuàng)傷感染的過(guò)程。在動(dòng)物創(chuàng)傷性骨髓炎模型的制作方面，目前還沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，上述方法均存在一定的不足。

3.4 模型動(dòng)物的使用、分組及檢測(cè)項(xiàng)目

3.4.1 模型動(dòng)物的使用

制備動(dòng)物模型后，根據(jù)不同要求，可以立即或喂養(yǎng)一段時(shí)間使用，如大部分的骨缺損實(shí)驗(yàn)都是在制備模型的同時(shí)植入納米骨，而李云飛等[12]為了制作“慢性骨髓炎”模型，在骨中接種細(xì)菌后又喂養(yǎng)3周才進(jìn)行了載藥納米骨的植入實(shí)驗(yàn)。預(yù)植入的納米復(fù)合材料經(jīng)預(yù)先消毒，并保持新鮮活性狀態(tài)。固態(tài)材料可以切割或壓制缺損形狀后再植入患處；納米藥粒則可采用填塞法植入；可塑性骨漿、骨水泥等可通過(guò)注射器注入缺損處。植入后皆無(wú)需內(nèi)外固定。

3.4.2 動(dòng)物模型的分組

由于樣本增大可以減小抽樣誤差，但考慮到人力物力等因素，實(shí)驗(yàn)個(gè)數(shù)又不能過(guò)多。幾組研究所用兔子多在20～50只左右，若采用羊或狗作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象則數(shù)目可以稍減。另外若以肢體骨缺損造模時(shí)，由于動(dòng)物雙側(cè)肢體的對(duì)稱性則可將實(shí)驗(yàn)動(dòng)物分為幾只或幾肢。這樣就可以很好地提高效率、節(jié)省資金。如孟純陽(yáng)等[20]、郝曉光等[22]都采用了一側(cè)實(shí)驗(yàn)對(duì)側(cè)對(duì)照的方法。

具體的分組可分實(shí)驗(yàn)組、處理組、對(duì)照組、空白組幾種。實(shí)驗(yàn)組一般應(yīng)用研究中最完備的復(fù)合納米材料；處理組是比實(shí)驗(yàn)組中的材料少去1～2種處理因素，以研究處理因素的獨(dú)立作用；對(duì)照組多采用空白的納米材料或自異體骨填充治療以模擬傳統(tǒng)的治療方法；空白組多造出動(dòng)物模型后則不再進(jìn)行任何處理或干脆購(gòu)入動(dòng)物后單純喂養(yǎng)不加任何處理。田曉濱等[13]、湯善華等[8，10]都采用了以上完備的4組方案。

3.4.3 動(dòng)物模型的檢測(cè)項(xiàng)目

由于載藥納米材料具有局部緩釋、局部抑菌作用，故湯善華等[8，10]與陳鵬等[16]測(cè)量了模型實(shí)驗(yàn)部位骨粉碎后的藥物濃度以及該處的細(xì)菌培養(yǎng)試驗(yàn)。包括：大體觀察、X線片、組織學(xué)觀察、電鏡觀察以及愈后骨的三點(diǎn)力學(xué)試驗(yàn)。隨著實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展，X線片已發(fā)展到了計(jì)算機(jī)灰度分析[13]；電鏡除了觀察骨與材料界面相容性外，還可以觀察成骨、破骨細(xì)胞在材料表面爬行的情況。肖建德等[6]與田曉濱等[13]還測(cè)量了血BMP表達(dá)與ACP的表達(dá)，這兩者在血中的高表達(dá)皆是骨骼生長(zhǎng)、加速愈合的標(biāo)志。此外，鄒海波等[24]通過(guò)兔ECT，觀察受損修補(bǔ)處的血流情況以判斷預(yù)后。肖德明等[25]改良了力學(xué)試驗(yàn)，增加了軸向壓縮與扭轉(zhuǎn)破壞兩種測(cè)試。合理地分配觀察時(shí)間點(diǎn)，可以保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確，大多數(shù)的研究者都通過(guò)預(yù)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定觀察時(shí)間點(diǎn)。

3.5 效果與效果分析

由于納米載藥材料本身具有良好的組織相容性與優(yōu)秀的藥物均緩能力，在各組研究團(tuán)隊(duì)加入了促進(jìn)骨生長(zhǎng)長(zhǎng)入與加快材料降解的因素后，便展示出了極為優(yōu)秀的治療效果，無(wú)論是骨髓炎抑或是骨缺損，大都在12周左右取得了明顯的效果。這比起以往骨髓炎的經(jīng)久不愈與骨缺損長(zhǎng)達(dá)一年的修復(fù)期都有了顯著的進(jìn)步。孟純陽(yáng)等[20]的實(shí)驗(yàn)中，nHA/PA66復(fù)合材料植入效果已超過(guò)了牛的脫抗原異體骨移植，nHA/ PA66復(fù)合材料吸收快，同樣時(shí)間愈合強(qiáng)度高且無(wú)抗原性。而肖德明等[25]則用實(shí)驗(yàn)證明了HA復(fù)合材料是僅次于自體骨移植的一種治療骨缺損的適宜方法，其治療效果可與自體骨移植相媲美，且不會(huì)損傷身體其它的組織器官。王科文等[46]更是用nHA膠原復(fù)合材料治療了10余例兒童骨缺損，并取得了較好的效果。這些研究結(jié)果無(wú)疑預(yù)示了納米材料廣闊、光明的發(fā)展前景。

4 展望

生命體是復(fù)雜的，是按照遺傳信息自我復(fù)制、自我組裝的。事實(shí)上，活細(xì)胞本身就是一個(gè)天然的納米工廠，細(xì)胞中的很多機(jī)構(gòu)單元都是執(zhí)行某種功能的納米機(jī)器[47]。骨組織由于機(jī)構(gòu)和功能相對(duì)簡(jiǎn)單是最有希望早期獲得臨床應(yīng)用的領(lǐng)域之一。現(xiàn)在制成的仿生納米骨已具有高度的擬真性，再加入促骨生長(zhǎng)的因子與抗生素，并制成一定的適宜形狀，從而發(fā)揮最佳的成骨、抗菌能力，以期更好地治療骨缺損和骨髓炎。但骨納米材料研究中仍有一些問(wèn)題需要解決，而且研究還大都處于實(shí)驗(yàn)室及動(dòng)物實(shí)驗(yàn)階段，離真正地用于臨床還有一段距離。但是，目前的多項(xiàng)研究成就已為我們揭示了未來(lái)仿生納米骨應(yīng)用的美好前景。

[1]吳在德,吳肇漢.外科學(xué)[M].第六版.北京:人民衛(wèi)生出版社,2004, 886-897.

[2]陸維舉.骨與關(guān)節(jié)感染[M].南京:江蘇科學(xué)技術(shù)出版社,2007,28-70.

[3]譚葆春,楊明華.納米材料在骨缺損治療中的應(yīng)用開發(fā)[J].國(guó)外醫(yī)學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程分冊(cè),2005,28(1):27-29.

[4]唐月軍,呂春堂.醫(yī)用復(fù)合生物陶瓷的研究進(jìn)展[J].國(guó)際生物醫(yī)學(xué)工程雜志,2006,29(2):114-117.

[5]Logroscino G,Tampieri A,Larosal F,et al.A novel nano-hydroxyapatite(HA/Collagen)as a new nanotechnological bone substitution [J].J Bone and Joint Surg,British Vol,2005,87-B(I):65-66.

[6]肖建德,熊建義,歐陽(yáng)侃,等.納米陶瓷人工骨修復(fù)骨缺損的實(shí)驗(yàn)研究[J].中華創(chuàng)傷骨科雜志,2006,8(11):1048-1052.

[7]王永峰,靳安民,湯善華,等.可塑形抗感染納米羥基磷灰石藥粒研制及體外釋放的實(shí)驗(yàn)研究[J].中華創(chuàng)傷骨科雜志,2006,8(3): 252-255.

[8]湯善華,靳安民,呂仁發(fā),等.納米羥基磷灰石/硫酸慶大霉素緩釋系統(tǒng)的制備及體內(nèi)釋放實(shí)驗(yàn)[J].中國(guó)組織工程研究與臨床康復(fù), 2007,11(18):3573-3576.

[9]湯善華,靳安民,王永峰,等.可塑性納米羥基磷灰石/聚羥基丁酸酯—羥基戊酸酯共聚物.聚乙二醇慶大霉素釋藥系統(tǒng)研制[J].中國(guó)修復(fù)重建外科雜志,2007,7(20):758-761.

[10]王永峰,靳安民,魏坤,等.抗感染納米羥基磷灰石局部藥物緩釋微球的研制及體外釋藥實(shí)驗(yàn)[J].南方醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào),2006,6(26): 754-756.

[11]Koort JK,Ma¨kinen TJ,Suokas E,et al.Efficacy of ciprofloxacinreleasing bioabsorbable osteoconductive bone defect filler for treatment of experimental osteomyelitis due to staphylococcus aureus[J]. Antimicrobial Agents Chemotherapy,2005,49(4):1502-1508.

[12]李云飛,方濤林,董健,等.載萬(wàn)古霉素納米羥基磷灰石對(duì)耐甲氧西林金黃色葡萄球菌慢性骨髓炎兔骨缺損的修復(fù)[J].中國(guó)組織工程研究與臨床康復(fù),2008,12(23):4422-4426.

[13]田曉濱,孫立,楊述華,等.骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2基因活化納米骨漿修復(fù)兔橈骨缺損的實(shí)驗(yàn)研究[J].中華創(chuàng)傷骨科雜志,2007,9(12): 1165-1169.

[14]鮮思平.納米相羥基磷灰石-膠原復(fù)合材料研究進(jìn)展[J].國(guó)外醫(yī)學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程分冊(cè),2005,28(5):298-301.

[15]張超,胡蘊(yùn)玉,呂榮,等.仿生活性人工骨修復(fù)兔橈骨節(jié)段性骨缺損的研究[J].中華實(shí)驗(yàn)外科雜志,2002,19(5):458-459.

[16]陳鵬,毛天球,劉冰,等.載藥納米羥基磷灰石復(fù)合膠原材料預(yù)防感染及修復(fù)骨缺損的實(shí)驗(yàn)研究[J].臨床口腔醫(yī)學(xué)雜志,2005,21 (4):207-209.

[17]鄭謙,周立偉,魏世成,等.納米相羥基磷灰石-聚酰胺人工骨修復(fù)犬下頜骨體缺損的實(shí)驗(yàn)研究[J].中華口腔醫(yī)學(xué)雜志,2004,39 (1):60-62.

[18]劉新暉,張英澤,沙子義,等.新型納米生物材料修復(fù)脛骨大面積缺損的實(shí)驗(yàn)研究[J].中華創(chuàng)傷雜志,2008,24(3):179-183.

[19]劉新暉,張錫慶,董威,等.纖維增強(qiáng)納米材料體內(nèi)外成骨的實(shí)驗(yàn)研究[J].中華小兒外科雜志,2007,28(6):322-325.

[20]孟純陽(yáng),安洪,蔣電明,等.網(wǎng)孔納米相羥基磷灰石-聚酰胺人工骨修復(fù)兔橈骨缺損[J].中華創(chuàng)傷雜志,2005,21(3):187-191.

[21]Zambonin G,Grano M,Greco G,et al.Hydroxyapatite coated with insulin-like growth factor 1(IGF1)stimulates human osteoblast activity in vitro[J].Acta Orthop Scand,1999,70(2):217-220.

[22]郝曉光,龐琦,張珺,等.成骨細(xì)胞復(fù)合材料修復(fù)顱骨缺損的實(shí)驗(yàn)研究[J].中華神經(jīng)外科雜志,2008,24(1):63-65.

[23]Zhou DS,Zhao KB,Li Y,et al.Repair of segmental defects with nano-hydroxyapatite/collagen/PLA composite combined with mesenchymal stem cells[J].J Bioac Compat Poly,2006,21(5): 373-384.

[24]鄒海波,周亞莉,安洪,等.血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子165及骨形態(tài)發(fā)生蛋白2促進(jìn)兔骨缺損部位再血管化的研究[J].中華創(chuàng)傷骨科雜志,2007,9(2):147-152.

[25]肖德明,徐忠世,林博文,等.HA、RBM、BMP及FS復(fù)合物修復(fù)骨缺損的實(shí)驗(yàn)研究[J].中華骨科雜志,2001,21(8):498-501.

[26]Jensen TB,Overgaard S,Lind M,et al.Osteogenic protein 1 device increases bone formation and bone graft resorption around cementless implants[J].Acta Orthop Scand,2002,73(1):31-39.

[27]Li QL,Wu MY,Tanget LL,et al.Bioactivity of a novel nano-composite of hydroxyapatite and chitosan-phosphorylated chitosan polyelectrolyte complex[J].J Bioac Compat Poly,2008,23(6):520-531.

[28]Pon-On W,Meejoo S,Tang IM.Incorporation of iron into nano hydroxyapatite particles synthesized by the microwave process[J]. Int J Nanoscience,2007,6(1):9-16.

[29]Wei J,Li YB,Chen WQ,et al.A study on nano-composite of hydroxyapatite and polyamide[J].J Materials Sci,2003,38:3303-3306.

[30]Ignjatovic N,Uskokovic D.Molecular spectroscopy analysis of the substitution of bone tissue by HAp/PLLA composite biomaterial [J].Spectroscopy,2004,18:553-565.

[31]Pramanik N,Mohapatra S,Pramanik P,et al.Processing and properties of nano-hydroxyapatite(n-HAp)/Poly(Ethylene-Co-Acrylic Acid)(EAA)composite using a phosphonic acid coupling agent for orthopedic applications[J].J American Ceramic Society, 2007,90(2):369-375.

[32]Xu FL,Li YB,Wang XJ,et al.Preparation and characterization of nano-hydroxyapatite/poly(vinyl alcohol)hydrogel biocomposite[J]. J Materials Sci,2004,39:5669-5672.

[33]Stallmann HP,Faber C,Bronckers AL,et al.Osteomyelitis prevention in rabbits using antimicrobial peptide hLF1-11-or gentamicincontainingcalciumphosphatecement[J].JAntimicrobialChemotherapy, 2004,54:472-476.

[34]Kanellakopoulou K,Thivaios GC,Kolia M,et al.Local treatment of experimental pseudomonas aeruginosa osteomyelitis with a biodegradable dilactide polymer releasing ciprofloxacin[J]. Antimicrobial Agents Chemotherapy,2008,52(7):2335-2339.

[35]Qiu CF,Xiao XF,Liu RF,et al.Biomimetic synthesis of spherical nano-hydroxyapatite with polyvinylpyrrolidone as template[J]. Materials Sci Techno,2008,24(5):612-617.

[36]Jones JR,Ahir S,Hench LL,et al.Large-scale production of 3D bioactive glass macroporous scaffolds for tissue engineering[J].J Sol Gel&Tech,2004,29:179-188.

[37]Mobini S,Javadpour J,Hosseinalipour M,et al.Synthesis and characterisation of gelatin–nano hydroxyapatite composite scaf folds for bone tissue engineering[J].Advances in Applied Ceramics, 2008,107(1):4-8.

[38]劉新暉,張錫慶,劉進(jìn)煉,等.納米相羥基磷灰石-膠原復(fù)合材料與人骨髓基質(zhì)干細(xì)胞體外相容性的研究[J].中華小兒外科雜志, 2005,26(4):203-206.

[39]謝鑫薈,湯亭亭,曾紹先,等.生物玻璃-納米羥基磷灰石梯度涂層的生物相容性研究[J].中華生物醫(yī)學(xué)工程雜志,2007,13(3): 156-159.

[40]Huang YX,Ren J,Chen C,et al.Preparation and properties of Poly(lactide-co-glycolide)(PLGA)/Nano-Hydroxyapatite(NHA) scaffolds by thermally induced phase separation and rabbit MSCs culture on scaffolds[J].J Biomaterials Applications,2008,22(5): 409-432.

[41]李志躍,孫運(yùn)才.骨基質(zhì)明膠復(fù)合紅骨髓及同種骨修復(fù)節(jié)段性骨缺損的實(shí)驗(yàn)研究[J].中華外科雜志,2000,20(7):440-443.

[42]袁治國(guó),陳志信,劉林,等.非細(xì)胞型組織工程化骨加自體紅骨髓復(fù)合植骨修復(fù)兔尺骨長(zhǎng)段骨缺損的實(shí)驗(yàn)研究[J].中華外科雜志, 2004,42(19):1200-1201.

[43]Fukui N,Sato T,Kuboki Y,et al.Bone tissue reaction of nanohydroxyapatite/collagen composite at the early stage of implantation [J].Bio-Medical Materials Engineering,2008,18:25-33.

[44]Lewandrowski KU,Bondre SP,Wise DL,et al.Enhanced bioactivity of a poly(propylene fumarate)bone graft substitute by augmentation with nano-hydroxyapatite[J].Bio-Medical Materials Engineering, 2003,13:115-124.

[45]李云飛,趙明東,戴文達(dá),等.兔耐甲氧西林金黃色葡萄球菌慢性骨髓炎模型[J].中華實(shí)驗(yàn)外科雜志,2007,24(4):503-504.

[46]王科文,張錫慶,劉新暉,等.納米復(fù)合材料修復(fù)骨缺損的臨床觀察研究[J].中華小兒外科雜志,2005,26(9):476-478.

[47]郭曉東.用組織工程學(xué)技術(shù)修復(fù)骨缺損研究進(jìn)展[J].國(guó)外醫(yī)學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程分冊(cè),2004,27(5):270-273.

R681.2

B

1673－0364（2010）01－0056－05

2009年11月30日；

2010年1月8日)

10.3969/j.issn.1673-0364.2010.01.017

225001江蘇省揚(yáng)州市江蘇省蘇北人民醫(yī)院骨科。