骨形態(tài)蛋白與天然生物學(xué)材料復(fù)合的實驗研究

摘要：目前在臨床應(yīng)用中大塊骨缺損一直以依賴于取患者自體髂骨移植為金標(biāo)準(zhǔn)，理想的骨缺損修復(fù)支架材料與天然骨基質(zhì)的結(jié)構(gòu)、組成成分及生物學(xué)反應(yīng)相似的復(fù)合支架材料。筆者對近年來文獻(xiàn)報道的骨形態(tài)蛋白與天然生物材料衍生物復(fù)合包括：骨形態(tài)蛋白與膠原衍生物復(fù)合分子材料，骨形態(tài)蛋白與殼聚糖衍生物的復(fù)合材料，骨形態(tài)蛋白-2與透明質(zhì)酸衍生物的復(fù)合材料這三大類，一一進(jìn)行綜述。

關(guān)鍵詞：骨形態(tài)蛋白；骨修復(fù)；骨缺損；組織工程；支架

目前，在臨床應(yīng)用中大塊骨缺損一直以依賴于取患者自體髂骨移植為金標(biāo)準(zhǔn)，天然骨基質(zhì)主要是由無機結(jié)構(gòu)和生物大分子有機結(jié)合在一起的復(fù)合體[1]。大量研究表明，理想的骨缺損修復(fù)支架材料與天然骨基質(zhì)的結(jié)構(gòu)、組成成分及生物學(xué)反應(yīng)相似的復(fù)合支架材料，因而從同種自體骨、人工骨移植到后來的金屬填充材料、鈣磷陶瓷填充材料、聚合物填充材料以及經(jīng)體外物理化學(xué)方法處理的復(fù)合骨組織等材料的單一使用后，發(fā)現(xiàn)或多或少存在取骨來源有限、免疫排斥反應(yīng)風(fēng)險、患者病痛加重、手術(shù)時間延長、感染、骨不愈合、移植骨塊大小的影響等問題[2]，而直到1965年Urist發(fā)現(xiàn)了一種能夠誘導(dǎo)間充質(zhì)細(xì)胞向成骨細(xì)胞分化，并最終分化成骨的蛋白，將其命名為骨形態(tài)發(fā)生蛋白（bone morphgenetic protein，BMP）。現(xiàn)對近年來文獻(xiàn)報道的骨形態(tài)蛋白與天然生物材料衍生物復(fù)合的實驗研究總結(jié)如下。

1骨形態(tài)蛋白與膠原衍生物復(fù)合分子材料

膠原蛋白是一種有機的、抗原性較低、可進(jìn)行生物降解的物質(zhì)，除了具有生物力學(xué)方面作用外，還具有諸如信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、生長因子與細(xì)胞因子的運輸?shù)裙δ艿拇蠓肿拥鞍?，在哺乳類動物體內(nèi)含量較高，其具有良好的生物相容性及較高的抗張強度和彈性。Sawyera[3]等以聚ε己內(nèi)酯/β磷酸三鈣與鼠型膠原蛋白的復(fù)合體作為支架材料，直徑約為5mm，圓柱狀。選擇45只12w左右體重為250～300g雄性大白鼠，腹腔注射麻醉后，均于顱骨背側(cè)行一長約20mm左右矢狀位切口，用較慢速度牙鉆人為制造一直徑為5mm的顱骨缺損，隨機分成3組：無材料組、單獨支架材料組及加載5ug重組人骨形態(tài)蛋白-2支架材料組，15w內(nèi)對45只大白鼠逐一進(jìn)行CT斷層掃描分析、組織學(xué)檢測、免疫組化分析、組織形態(tài)計量學(xué)、機械測試得出數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析結(jié)果：加載重組人骨形態(tài)蛋白-2的載體第一次釋放重組人骨形態(tài)蛋白-2的峰值在植入后6h，并一直呈現(xiàn)持續(xù)穩(wěn)定釋放，通過4w以及15w兩個時間點的采樣檢測觀察載有重組人骨形態(tài)蛋白-2的支架材料修復(fù)作用均優(yōu)于各組，其愈后組織機械硬度測試可知完全可以和完整骨組織相媲美。

2骨形態(tài)蛋白與殼聚糖衍生物的復(fù)合材料

殼聚糖（chitosan，CS，聚葡萄糖胺（1-4）-2-氨基-beta-D葡萄糖）是自然界廣泛存在的幾丁質(zhì)（chitin）經(jīng)過脫乙酰作用得到的唯一一種堿性多糖，它具有生物官能性、生物相容性、可降解性、可吸收性等，其降解產(chǎn)物安全無毒，而且還具有選擇性促進(jìn)表皮細(xì)胞生長的獨特的生物活性，然而殼聚糖自身溶解性稍差，要在弱酸性的條件下才能溶解，因而殼聚糖成為目前常用支架材料之一[4]。Bae IH等對硫代殼聚糖復(fù)合支架材料進(jìn)行各方面的對比與評價，將Traut's試劑與殼聚糖溶液混合，由于二硫鍵的形成增加與pH值有關(guān)，在pH值為7時，達(dá)到峰值，故使溶液濃度的pH值控制為7，形成硫代殼聚糖，硫代殼聚糖（凍干）在電鏡下掃描呈蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)，支架的溶脹性起著至關(guān)重要的作用，許多研究人員都試圖測定材料的溶脹率，多半采用重量法，以未改性的殼聚糖作對照，硫代殼聚糖的重量在10min內(nèi)較初始重量明顯增加3.5倍，但骨形態(tài)蛋白-2的硫代殼聚糖聚合物也觀察到類似現(xiàn)象，對比稍低于硫代殼聚糖。

3骨形態(tài)蛋白-2與透明質(zhì)酸衍生物的復(fù)合材料

透明質(zhì)酸是一種酸性粘多糖，又稱糖醛酸、玻尿酸、琉璃糖碳基酸，廣泛分布在動物和人體軟結(jié)締組織細(xì)胞外基質(zhì)中的主要蛋白多糖，1934年美國哥倫比亞大學(xué)眼科教授Meyer等首先從牛眼玻璃體中分離出該物質(zhì)，卡爾·邁耶實驗室在1950年代闡明了透明質(zhì)酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)。透明質(zhì)酸是一種高分子的聚合物。是由單位D-葡萄糖醛酸及N-乙酰葡糖胺組成的高級多糖。D-葡萄糖醛酸及N-乙酰葡糖胺之間由β-1，3-配糖鍵相連，雙糖單位之間由β-1，4-配糖鍵相連。雙糖單位可達(dá)25000之多。在體內(nèi)由于組織來源的不同，透明質(zhì)酸的分子量從5千～2千萬道爾頓。透明質(zhì)酸是由膜蛋白透明質(zhì)酸合成酶合成的，脊椎動物有三種透明質(zhì)酸合成酶（HAS1，HAS2，HAS3）。這些酶通過交替反復(fù)加入其底物尿苷二磷酸-a-N-乙酰葡糖胺及尿苷二磷酸-a-D-葡萄糖醛酸而延長透明質(zhì)酸鏈，新產(chǎn)生的多糖透過細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞外間質(zhì)，具有特殊的生物學(xué)上的活性，且擁有無毒、低免疫反應(yīng)、高生物相容性、及生物可分解以及人體可吸收等特性，并且已有研究證明透明質(zhì)酸具有保護(hù)、潤滑關(guān)節(jié)和促進(jìn)軟骨細(xì)胞增殖的作用。

4問題與展望

骨缺損修復(fù)骨形態(tài)發(fā)生蛋白具有較強的誘導(dǎo)成骨作用，并得到全世界的公認(rèn)。正是由于其活躍的成骨性已在牙科和整形外科領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，組織工程中支架材料是種子細(xì)胞附著的基本框架和代謝場所，是骨組織工程能否發(fā)展與運用于臨床的關(guān)鍵。研究人員不斷努力研究開發(fā)并將使其負(fù)載生長因子，逐步由單因子過渡到多因子復(fù)合材料，使骨形態(tài)發(fā)生蛋白可持續(xù)性穩(wěn)定釋放，有利于細(xì)胞的增殖分化，從而盡可能對修復(fù)作用的完善。天然生物材料的資源豐富，其性能優(yōu)越，由于骨形態(tài)發(fā)生蛋白的釋放機制尚不明確，單一的天然生物載體材料或多或少存在缺陷，可以通過成熟的復(fù)合材料原理和方法，將兩種或兩種以上具有互補性的天然生物材料，按照一定比例和方法復(fù)合，材料之間相互取長補短，性能更優(yōu)化的三維支架復(fù)合載體材料，最終推廣并應(yīng)用于組織工程修復(fù)中。

參考文獻(xiàn)：

[1]Heiple KG，Chase SW，Herndon CH.A Comparative Study of the Healing Process Following Different Types of Bone Transplantation[J].J Bone Joint Surg Am，1963，45：1593-1616.

[2]劉鵬，王東，孫海鈺，等.膠原-納米羥基磷灰石復(fù)合支架的細(xì)胞相容性[J].中國組織工程研究與臨床康復(fù)，2011，15（42）：7831-7834.

[3]洪漢標(biāo)，陳楷正，陳堅，等.同種異體骨移植的臨床應(yīng)用研究[J].中國現(xiàn)代藥物應(yīng)用雜志，2012，6（1）：47-48.

[4]潘杰，王勇.新型人工骨Osteoset的臨床應(yīng)用[J].中外健康文摘，2012，9（19）：40.

編輯/孫杰