骨質(zhì)疏松治療有望應(yīng)用新技術(shù)

陳莎莎+王國付

當前，骨質(zhì)疏松癥日漸成為影響老年人健康的社會問題。骨質(zhì)疏松癥的發(fā)病率已經(jīng)躍居世界各種常見病的第7位。我國骨質(zhì)疏松癥的發(fā)病率約為6.6%，總患病人數(shù)達6000萬～8000萬，居世界之首，男女患病率之比約為1：2～3。骨質(zhì)疏松性骨折是骨質(zhì)疏松癥的嚴重后果，其中以椎體壓縮性骨折為最常見，骨折后愈合過程減緩、外科治療的難度加大，臨床療效降低，而且再次發(fā)生骨折的風險明顯增大。

骨質(zhì)疏松導(dǎo)致骨質(zhì)疏松性壓縮骨折在老年人中最常見。目前骨質(zhì)疏松性骨折的治療方法包括保守療法和手術(shù)療法。保守療法包括臥床休息、藥物鎮(zhèn)痛、支具外固定等。無論哪一種治療方法，都需要與抗骨質(zhì)疏松治療相結(jié)合，才能從根本上提高骨量及骨強度，減少再次骨折的發(fā)生率。手術(shù)療法有開放性手術(shù)和微創(chuàng)手術(shù)。目前應(yīng)用和報道比較多的是微創(chuàng)手術(shù)的方法，特別是經(jīng)皮椎體形成術(shù)與經(jīng)皮椎體后凸成形術(shù)。這兩種手術(shù)有一定的療效，但也存在不少并發(fā)癥，比如骨水泥滲漏、相鄰椎體的再骨折、術(shù)后肺栓塞等，對這些并發(fā)癥發(fā)生的原因及其預(yù)防的研究目前仍較薄弱。

好消息是，納米技術(shù)、3D打印技術(shù)等在骨質(zhì)疏松骨折治療中應(yīng)用有望成為解決以上這些問題的新的手段。

什么是納米技術(shù)

納米技術(shù)是用單個原子、分子制造物質(zhì)的科學技術(shù)，研究結(jié)構(gòu)尺寸在0.1至100納米范圍內(nèi)材料的性質(zhì)和應(yīng)用。它的最終目標是直接以原子或分子來構(gòu)造具有特定功能的產(chǎn)品。這種既不同于原來組成的原子、分子，也不同于宏觀物質(zhì)的特殊性能構(gòu)成的材料，即為納米材料。材料在納米尺度下會突然顯現(xiàn)出與它們在宏觀情況下很不相同的特性，這樣可以使一些獨特的應(yīng)用成為可能。例如，不透明的物質(zhì)變?yōu)橥该鳎ㄣ~）、惰性材料變成催化劑（鉑）、穩(wěn)定的材料變得易燃（鋁）、在室溫下的固體變成液體（金）、絕緣體變成導(dǎo)體（硅）。

納米技術(shù)領(lǐng)域近年來發(fā)展迅速，進而形成了新型的納米醫(yī)學，一種診斷、治療、預(yù)防疾病和保護及改善人類健康的科學與技術(shù)。當前納米技術(shù)的研究和應(yīng)用主要在材料和制備、微電子和計算機技術(shù)、醫(yī)學與健康、航天和航空、環(huán)境和能源、生物技術(shù)和農(nóng)產(chǎn)品等方面。用納米材料制作的器材重量更輕、硬度更強、壽命更長、維修費更低、設(shè)計更方便。

納米技術(shù)的發(fā)展使制造適合靶向治療各種骨疾病的納米材料成為可能。例如，利用納米技術(shù)可以提升鈣補充劑的生物活性，進而減少骨質(zhì)疏松的發(fā)生。納米的羥磷灰石晶體增加了羥磷灰石晶體補充劑在骨質(zhì)疏松中的應(yīng)用。體內(nèi)實驗顯示納米的羥磷灰石可以在骨的初始愈合階段促進新生骨的形成。另外，納米技術(shù)對新的骨替代物的研究、生物電子學如生物感應(yīng)器、超敏診斷系統(tǒng)、可控性藥物傳輸系統(tǒng)等技術(shù)的發(fā)展有顯著的影響。

納米技術(shù)改良骨水泥

臨床上通過手術(shù)如經(jīng)皮椎體成形術(shù)（PVP）和經(jīng)皮椎體后凸成形術(shù)（PVP）治療骨質(zhì)疏松性壓縮骨折常用到骨水泥。PMMA是一種標準的骨水泥，因其具有調(diào)制簡便、價格便宜、生物力學性能良好、快速的凝固時間、較好的可注射性等特點而被應(yīng)用于臨床。但是，它也存在不能在體內(nèi)生物降解，過高的硬度和較高的固化溫度導(dǎo)致的熱壞死，沒有直接的骨附著，潛在的單體毒性作用，需要加入助顯劑等缺點，從而可能造成各種術(shù)后并發(fā)癥。為提升生物兼容性和理化特性，如成骨細胞粘附性、機械強度、硬度、彎曲強度、斷裂韌度和固化溫度等，目前正在應(yīng)用納米技術(shù)進行實驗從而改良這些特性。

鈣磷酸鹽水泥（CPC）是另外一種用于治療骨質(zhì)疏松的骨水泥。CPC在固化的過程中具有較低的熱反應(yīng)，在避免骨壞死方面具有更好的優(yōu)勢。CPC也具有更好的生物兼容性和與骨骼更類似的結(jié)構(gòu)。然而，其嚴格的注射條件以及較低的機械強度限制了它的臨床應(yīng)用。研究表明，在CPC中加入二氧化硅納米顆粒后，其表現(xiàn)出更好的成骨細胞增殖能力以及更高的機械強度和抗壓強度。

3D打印技術(shù)治療骨質(zhì)疏松

3D打印屬于快速成形技術(shù)的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層堆疊累積的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)（即“積層造形法”）。

3D打印的設(shè)計過程是：先通過計算機輔助設(shè)計或計算機動畫建模軟件建模，再將建成的三維模型“分區(qū)”成逐層的截面。打印機通過讀取文件中的橫截面信息，用液體狀、粉狀或片狀的材料將這些截面逐層地打印出來，再將各層截面以各種方式粘合起來從而制造出一個實體。這種技術(shù)的特點在于它幾乎可以造出任何形狀的物品。

現(xiàn)在，3D打印技術(shù)是啟用于許多組織再生，如骨再生、心臟組織再生、牙齒再生、軟骨再生等。3D打印在骨組織工程中的應(yīng)用有望治療骨質(zhì)疏松導(dǎo)致的骨丟失和骨折。

利用3D打印技術(shù)制備的骨組織再生支撐結(jié)構(gòu)，可以模擬細胞外基質(zhì)的特性，如機械支持、細胞活動、蛋白產(chǎn)生等，并且為體內(nèi)細胞粘附和刺激組織再生提供模板。三維支架可以根據(jù)最終需要模擬的成分對應(yīng)用的材料、層厚、連接成分、機械特性、嵌入的細胞、尺寸等進行調(diào)整。

3D打印技術(shù)的產(chǎn)生對骨組織工程的發(fā)展是一個極大的促進。最初，合成物只能被制成單一均質(zhì)層，但是3D打印技術(shù)制備的三維支架可以培養(yǎng)干細胞，并且可以產(chǎn)生骨樣結(jié)構(gòu)，同時還可以加入生長因子，例如加入骨形成蛋白、血管內(nèi)皮因子去支持細胞的生長。

隨著研究的深入，納米復(fù)合材料與3D打印技術(shù)的結(jié)合應(yīng)運而生。如何應(yīng)用于治療骨質(zhì)疏松，研究者正積極進行標準化的程序、參數(shù)以及特殊納米材料的合成方法與應(yīng)用的研究。endprint