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骨组织修复重建有了新材料

2018年12月04日 08:59:05 来源:科技金融时报 作者:

  当人体骨在发生缺损需要进行骨组织修复或者重建的时候,采用什么材料可以获得更好的效果呢?浙江大学副教授李翔承担的浙江省自然科学基金项目“具有示踪功能的光响应生物玻璃纤维骨支架材料研究”,不久前通过了结题验收,回答了这个问题。

  李翔告诉记者,目前,骨组织修复与重建采取的治疗方式主要是异体骨组织移植和人工骨支架材料替换。然而,骨骼供体不仅来源紧缺,而且异体移植后很可能会带来病源性问题。因此,人工骨修复支架材料,尤其是能在体内与成骨细胞作用从而诱导骨生成的功能性材料,在骨修复领域具有广阔的应用前景。

  从化学组成来看,骨修复支架材料主要包括无机材料、有机聚合物材料以及复合材料三类。常见的无机骨修复材料主要有磷酸钙类生物陶瓷和生物活性玻璃等。

  磷酸钙类生物陶瓷材料,例如羟基磷灰石(HA)和磷酸三钙等,具有较高的强度和良好的生物相容性,在生物体内能被部分或者全部吸收,诱发新生骨的生长,目前已经实现了临床应用。然而,由于磷酸钙类生物陶瓷材料较稳定的晶体结构特点,对其进行功能化改性较为困难。

  生物活性玻璃(活性氧化硅材料)的主要成分是氧化硅等无机成分。以Si-O-Si为基本结构单元形成的三维网络结构,具有网络结构完整,稳定性较好,活性低等特点。然而,其非晶态的网络结构,使之易于进行功能化改性或者掺杂,来降低其网络结构完整性。当生物玻璃植入体内后,降解产生的钙离子和磷酸根离子,可以与骨组织化学结合,促进新骨的形成。例如,当掺入碱金属或碱土金属氧化物后,Si-O-Si网络结构被部分破坏,非桥氧数量增加,其降解性能力增强,生物活性增加,形成生物活性SiO2材料,即生物活性玻璃。

  李翔和他的研究组鉴于组织工程中骨支架材料降解速率与组织再生进程的失配问题,以上转换发光纳米颗粒与生物玻璃(bioglass, BG)纤维为研究对象,通过两者的复合,制备具有光致发光性能的组织支架材料,以实现对骨支架材料在组织修复过程中动态降解行为的体外无创伤监测。项目启动以来,在浙江省自然科学基金的资助下,首先成功实现了稀土离子掺杂钛酸钙(CaTiO3:RE)和氟化钙(CaF2:RE)两种上转换发光纳米颗粒(UCNP)的制备,采取溶胶凝胶与电纺复合技术制备了UCNP/BG复合纤维骨支架材料,并深入研究了该材料在生物矿化过程中发光性能的变化规律。该项目成功研制出具有生物矿化行为示踪功能的近红外光响应生物玻璃纤维骨支架材料,为未来适用于不同患者的医用骨支架研发提供了实验和理论依据。此外,项目组还拓展了该上转换发光纳米纤维材料在肿瘤治疗和癌症标志物检测领域的应用可能性,为该类新型生物纳米材料的应用基础研究奠定了坚实基础。资助期间,项目组获得了一系列的研究成果,共发表SCI论文15篇,培养硕博士研究生5名。

  本报记者金乐平通讯员周丽敏谢崇波

[编辑: 李伟民]
(本文来源:科技金融时报)
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