納米羥基磷灰石和中藥結(jié)合在骨修復(fù)材料中的應(yīng)用

董志紅，馮 威，朱曉東

(成都大學(xué)工業(yè)制造學(xué)院，四川成都 610106)

0 引言

傳統(tǒng)的中藥在治療骨折等骨疾病手術(shù)上有著獨(dú)特的方式和顯著的療效，但其服用的方式，影響了藥物的療效，同時(shí)也使愈合時(shí)間延長(zhǎng)，增加了患者的痛苦，尤其是在粉碎性骨折等的治療上.隨著組織工程學(xué)和仿生學(xué)的發(fā)展，模擬人體骨的結(jié)構(gòu)和微觀組成，采用鈣—磷基生物陶瓷材料，制備和合成人工骨支架材料，在臨床上發(fā)揮著越來(lái)越大的作用，并在一定程度上可克服自體骨移植的局限和異體骨移植的免疫性的制約.人體骨中主要包含的無(wú)機(jī)體系是磷酸鈣體系，其主要成分是納米羥基磷灰石(n-HA)，此外，還含有CO2－3，Cl－，F(xiàn)－，Na+，Mg2+等雜化離子，其中CO2－3含量較高，CO2－3可取代OH－和PO3－4的位置而形成α型或β型碳酸磷灰石(CHA).人體骨中還含有非晶態(tài)的磷酸鈣(ACP)，磷酸八鈣(OCP)，二水磷酸氫鈣(DCPD)，磷酸氫鈣(DCP)和六方碳酸鈣等多種礦物相.而生物陶瓷，如生物玻璃、燒結(jié)的納米羥基磷灰石，含有碳、硅的玻璃陶瓷等，均含有與人體相似的類(lèi)骨磷灰石結(jié)構(gòu)和成分［1，2］，其中，納米羥基磷灰石(n-HA)還具有優(yōu)異的生物相容性、生物活性和骨誘導(dǎo)性［3，4］等特點(diǎn)，成為類(lèi)骨硬組織復(fù)合材料研究的重要課題.但是，無(wú)論是哪類(lèi)硬組織修復(fù)材料，都有一定的缺點(diǎn)，如炎癥、過(guò)敏等反應(yīng).因此，近年來(lái)，科研人員采用人工復(fù)合骨支架作為載體，合成了一系列載藥的自固化骨水泥，希望在對(duì)人體骨的修復(fù)中，能達(dá)到局部給藥，避免全身系統(tǒng)用藥的毒副作用以及難進(jìn)入缺乏血供病灶區(qū)的弊端.目前，臨床上對(duì)西藥的載入比較成熟，其主要功能是起消炎的作用，如納米羥基磷灰石載入慶大霉素、阿貝卡星，利福平等［5－8］，其對(duì)骨髓炎和骨結(jié)核等都有顯著療效.而中藥對(duì)骨折愈合及修復(fù)在臨床上有顯著療效，但對(duì)骨缺損等嚴(yán)重疾病，單純的中藥治療效果不顯著.如果以生物材料為載體，結(jié)合中藥復(fù)合來(lái)制備仿生骨，應(yīng)具有很好的療效.因?yàn)樯锊牧喜坏哂猩锘钚裕苷T導(dǎo)新骨的生成，同時(shí)，中藥的治愈療效能加速新組織的再生，促進(jìn)骨組織生長(zhǎng).例如，將羥基磷灰石骨水泥(HAC)和骨形態(tài)蛋白(BMP)復(fù)合，在植入人體初期可作為骨支架發(fā)揮骨誘導(dǎo)作用，而后通過(guò)緩慢降解而被新骨替代.此外，骨形態(tài)蛋白能誘導(dǎo)骨細(xì)胞分化、促進(jìn)骨再生因子，但臨床上常發(fā)現(xiàn)在骨的愈合中，有各種不同類(lèi)型的類(lèi)人骨和軟組織感染癥狀，因此在上述復(fù)合的修復(fù)骨材料中，采用HAC/NVCM/BMP-2復(fù)合，既達(dá)到了原位成骨的目的，又起到了藥物抑菌的作用，滿(mǎn)足了臨床上使用的要求［9］.

1 中藥對(duì)骨折愈合的3期療法

中藥對(duì)骨折的愈合影響是多方面的，它不但能改善骨折的局部微循環(huán)，還能促進(jìn)骨細(xì)胞的增值、再生及誘導(dǎo)成骨，從而加快骨折的愈合，提高骨細(xì)胞的活性和數(shù)量，起到改善內(nèi)分泌及消炎等作用.一般而言，中醫(yī)在骨折的治療上分為3個(gè)周期，不同的周期采用的中藥不同，治療的目的也不同，這就是著名的“3期療法”，即:在骨折的2～3周內(nèi)，稱(chēng)血腫機(jī)化期，運(yùn)用丹參、紅花等活血化淤藥，加速血液微循環(huán)，促進(jìn)毛細(xì)血管的通透性，消除血塊和血腫;在骨折的4～8周，是骨痂形成期，運(yùn)用含豐富的鈣鹽與微量元素刺激成骨細(xì)胞分化、繁殖，利于骨質(zhì)修復(fù);在骨折的8～12周，是骨痂的改造期，運(yùn)用鹿茸、枸杞子等，促進(jìn)蛋白多糖合成及鈣化，改善其蛋白及糖的代謝，具有強(qiáng)筋健骨的作用.總之，在骨折不同的間段，中醫(yī)采用不同的藥物來(lái)治療，以達(dá)到最好、最快的骨愈合目的.但這種治療方法周期長(zhǎng)，給患者帶來(lái)身體上的不適.若采用中藥(如丹參、自然銅、麥飯石等)和納米羥基磷灰石復(fù)合，不但可促進(jìn)活性成骨細(xì)胞的增加和骨基質(zhì)的鈣化，還可起到活血化瘀等療效，提高骨的誘導(dǎo)能力，從而加快骨折的愈合.

2 中藥對(duì)骨修復(fù)的影響

目前，治療骨折所用的中藥主要是由幾種中藥復(fù)合制成.例如，三花接骨散，其采用三七、西紅花、馬錢(qián)子、桂皮、沉香、當(dāng)歸、地龍、牛膝、冰片、木香、川芎、土鱉蟲(chóng)、續(xù)斷、骨碎補(bǔ)、血竭、大黃、自然銅和白芷，經(jīng)粉碎過(guò)篩混合而制成.三花接骨散在促進(jìn)骨折愈合過(guò)程中，能增加垂體內(nèi)生長(zhǎng)激素細(xì)胞合成，促進(jìn)骨的愈合.有研究發(fā)現(xiàn)，患者口服三花接骨散14 d后，骨折組血清內(nèi)生長(zhǎng)激素濃度和垂體內(nèi)生長(zhǎng)激素細(xì)胞內(nèi)激素含量均增高，激素的增高是促進(jìn)骨折愈合的原因之一［10，11］.另外，由田七、紅花、沒(méi)藥、當(dāng)歸、大黃5味中藥制成的生骨液，采用直流電中藥離子導(dǎo)入的方法，可改善骨折血液循環(huán)，加速骨痂生長(zhǎng)，其治療骨愈合總有效率可達(dá)100%［12］.

目前，單一的中藥對(duì)骨愈合也具有非常好的療效，本文著重闡述淫羊藿與中華麥飯石2種中藥在臨床上治療骨愈合的效果.

2.1 淫羊藿

淫羊藿苷(Icariin)是一種黃酮苷，是淫羊藿的主要成分，其分子式為C33H40O15，結(jié)構(gòu)上屬于8-異戊烯基黃酮醇苷類(lèi)化合物，其在臨床上用途非常廣泛，能促進(jìn)骨骼生長(zhǎng)，阻止鈣質(zhì)流失，促進(jìn)骨細(xì)胞活性，增加鈣化骨的形成，同時(shí)也能增加機(jī)體細(xì)胞的免疫功能，抵抗病原體的入侵，具有祛痰、鎮(zhèn)靜、抗病毒、抗炎等藥理活性.

對(duì)淫羊藿所具有的多種功效，很多學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)研究.汪年松等［13］利用淫羊藿對(duì)血液透析患者細(xì)胞免疫功能狀況進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，淫羊藿具有調(diào)節(jié)血透患者的免疫功能.劉道德等［14，15］探討了淫羊藿對(duì)家兔骨折愈合的影響及機(jī)制，研究發(fā)現(xiàn)，淫羊藿通過(guò)VEGF及TGF-β1的表達(dá)，不僅能促進(jìn)血管的再生，成骨細(xì)胞及軟骨細(xì)胞的增值分化，而且可提高破骨細(xì)胞的數(shù)量和活性，促進(jìn)骨痂的形成和改建，對(duì)髓腔的再通發(fā)揮了重要的作用.Yap等［16］研究發(fā)現(xiàn)，淫羊藿能增強(qiáng)雌性激素的活性，可代替雌激素替代療法.而Zhang等［17］利用切除子宮后的雌性大鼠口服淫羊霍，發(fā)現(xiàn)不但能使大鼠保持腸道內(nèi)的鈣平衡，且在骨膜內(nèi)能抑制骨的吸收，刺激骨的形成.此外，采用人工合成的納米羥基磷灰石/殼聚糖(n-HA/CS)復(fù)合制備骨誘導(dǎo)生物膜，具有良好的降解性和生物活性，載入淫羊霍后，可使藥物局部釋放，加速骨的形成，同時(shí)還具有抗菌、消炎的功效.這種載中藥的復(fù)合材料，不但無(wú)毒，且生物相容性良好，有望作為軟組織骨誘導(dǎo)再生膜、牙槽骨修復(fù)的膜材等［18］.

2.2 中華麥飯石

對(duì)人體而言，鐵是合成血紅蛋白的重要物質(zhì)，以含鐵蛋白質(zhì)的形式參與氧的運(yùn)轉(zhuǎn)，早期促進(jìn)骨痂中膠原合成，中晚期促進(jìn)鈣化;銅能提高賴(lài)氨酸氧化酶活性，促進(jìn)膠原纖維的交聯(lián)，使膠原纖維韌性增強(qiáng)，促進(jìn)成骨細(xì)胞的活性，有利于骨基質(zhì)的形成和鈣磷沉積鈣化，使鈣磷含量增加，促進(jìn)骨折愈合;鋅是組成酶蛋白熱處理的重要成分，能增強(qiáng)堿性磷酸酶活性，使核酸和蛋白合成增加，促進(jìn)骨生長(zhǎng)發(fā)育，同時(shí)對(duì)維持視覺(jué)也有特殊功能;碘是甲狀腺素的原料，鈷是維生素B12的原料，錳和鉻都會(huì)影響生長(zhǎng)發(fā)育等.中華麥飯石(China medical stone)是一種礦物藥石，含有多種微量元素，中華麥飯石中的微量元素不僅對(duì)人體的微量元素是一個(gè)補(bǔ)充，且對(duì)骨愈合的治療有著很好的療效，且無(wú)毒副作用，并有很強(qiáng)的生物活性和抗菌性，是理想的微量元素補(bǔ)充劑和營(yíng)養(yǎng)源之一.劉獻(xiàn)祥等［19，20］研究了中華麥飯石對(duì)人體骨折愈合的治愈情況，發(fā)現(xiàn)麥飯石有利于膠原形成、骨鹽沉積及提高骨的強(qiáng)度，在試驗(yàn)中，用36只家兔，從力學(xué)與生化角度觀察了家兔內(nèi)服麥飯石后骨折愈合的狀況，結(jié)果顯示，骨痂中微量元素鋅、鐵、錳、銅均高于對(duì)照組，膠原含量呈拋物線上升，鈣含量直線上升，拉伸、彎曲破壞載荷及拉伸、彎曲強(qiáng)度升高.膠原的主要成分是蛋白，而氨基酸是合成蛋白的基礎(chǔ)，氨基酸的增加，激活了成纖維細(xì)胞、成骨細(xì)胞、成軟骨細(xì)胞的活性，使骨細(xì)胞在數(shù)量上及分布上都增加.骨鹽決定骨的硬度，其主要成分是納米羥基磷灰石(n-HA)，n-HA結(jié)晶受體液中的鈣、磷濃度影響，一般情況下，鈣、磷乘積是個(gè)定值［21］，該值越高，意味著羥基磷灰石的結(jié)晶沉積越多.中華麥飯石中含有大量鈣等無(wú)機(jī)質(zhì)，其中部分易被基體吸收沉積在骨痂中，加速鈣鹽的沉積速度，形成更多羥基磷灰石晶體.

3 結(jié)論

中醫(yī)藥治療骨折，有著悠久的歷史.目前盡管許多中藥的治療機(jī)理尚未清楚，但中藥發(fā)揮出的療效是毋庸置疑的.隨著納米技術(shù)、生物技術(shù)的發(fā)展，以及更多的交叉學(xué)科出現(xiàn)，使中醫(yī)藥和生物醫(yī)用材料復(fù)合成為可能，并初步顯示出較好的治療效果.同時(shí)，隨著檢測(cè)與分析技術(shù)的不斷提高，通過(guò)使用細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)對(duì)其進(jìn)行分析探討，有望更詳實(shí)了解其生物機(jī)理，在骨傷治療中發(fā)揮出最佳的治療效果，加速骨折的愈合和新骨的再生，為中醫(yī)藥的發(fā)展提供了更加廣闊的空間.

［1］Vaahtio M，Peltola T，Hentunen T，et al.The Properties of Biomimetically Processed Calcium Phosphate on Bioactive Ceramics and Their Response on Bone Cells［J］.Journal of Materials Science:Materials in Medicine，2006，17(11):1113－1125.

［2］Burg K J L，Porter S，Kellam J F.Biomaterial Developments for Bone Tissue Engineering［J］.Biomaterials，2000，21(23): 2347－2359.

［3］Kokubo T，Kim H M.Novel Bioactive Materials with Different Mechanical Properties［J］.Biomaterials，2003，24(13):2161－2175.

［4］Ripamonti U，Crooks J，Kirkbride A N.Sintered Porous Hydroxyapatites with Intrinsic Osteoinductive Activity:Geometric Induction of Bone Formation［J］.South African Journal of Science，1999，95(8):335－338.

［5］Shinto Y，Uchida A，Korkusuz F，et al.Calcium Hydroxyapatite Ceramic Used as a Delivery System for Antibiotics［J］.The Journal of Bone and Joint Surgery，1992，74(4):600－604.

［6］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.

［7］Itokazu M，Ohno T，Tanemori T，et al.Antibiotic-loaded Hydroxyapatite Blocks in the Treatment of Experimental Osteomyelitis in Rats［J］.Journal of Medical Microbiology，1997，46(9):779－783.

［8］陳安民，王泰儀，孫淑珍，等.利福平——陶瓷人工骨(RPHA)治療骨結(jié)核的實(shí)驗(yàn)研究與臨床應(yīng)用［J］.中華骨科雜志，1992，12(1):18－22.

［9］陳聚伍，皮國(guó)富，王義生，等.羥磷灰石水泥/BMP-2/去甲萬(wàn)古霉素緩釋系統(tǒng)的觀察［J］.中醫(yī)正骨，2005，17(9):15－16.

［10］柳海峰，楊佩蓀，陳晉杰，等.三花接骨散對(duì)骨折鼠垂體生長(zhǎng)激光細(xì)胞的影響［J］.中國(guó)中醫(yī)骨傷科，1998，5(6): 7－11.

［11］柳海峰，陳晉杰，楊佩蓀，等.三花接骨散促進(jìn)生長(zhǎng)激素和骨折愈合的研究［J］.中國(guó)中醫(yī)骨傷科，1998，2(6):7－11.

［12］周豐慧，趙明杰，趙海燕.中藥離子導(dǎo)入促進(jìn)骨折愈合的實(shí)驗(yàn)研究及臨床觀察［J］.第一軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，24 (6):708－710.

［13］汪年松，唐令詮，竺艷娟，等.淫羊藿對(duì)維持性血液透析患者細(xì)胞免疫功能的影響［J］.中國(guó)中西醫(yī)結(jié)合腎病雜志，2001，2(1):31－32.

［14］劉道德，王凡，李健，等.淫羊藿對(duì)家兔骨折愈合的試驗(yàn)研究［J］.四川解剖學(xué)雜志，2004，22(2):101－105.

［15］劉道德，孫燕，趙素貞.淫羊霍對(duì)家兔骨折愈合德影響［J］.實(shí)用診斷與治療雜志，2005，19(2):84－85，88.

［16］Yap S P，Shen P，Li J，et al.Molecular and Pharmacodynamic Properties of Estrogenic Extractsfrom the Traditional Chinese Medicinal Herb，Epimedium［J］.Journal of Ethnopharmacology，2007，113(2):218－224.

［17］Zhang G，Qin L，Hung，W Y，et al.Flavonoids Derived from Herbal Epimedium Brevicornum Maxim Prevent OVX-induced Osteoporosis in Rats Independent of Its Enhancement in Intestinal Calcium Absorption［J］.Bone，2006，38(6):818－825.

［18］王園園.納米羥基磷灰石及其載藥殼聚糖復(fù)合材料研究［D］.成都:四川大學(xué)，2006.

［19］劉獻(xiàn)祥，許書(shū)亮.麥飯石對(duì)骨折愈合過(guò)程影響的試驗(yàn)研究［J］.中國(guó)中醫(yī)骨傷科雜志，1992，3(1):4－8.

［20］劉獻(xiàn)祥，許書(shū)亮，王和鳴，等.麥飯石促進(jìn)家兔骨鹽沉積的試驗(yàn)研究［J］.福建中醫(yī)藥，1991，22(1):32－34.

［21］張昌穎.生物化學(xué)(第二版)［M］.北京:人民衛(wèi)生出版社，1985.