点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:关节置换“翻修”时代 啥材料更受青睐
首页> 科技频道> 综合新闻 > 正文

关节置换“翻修”时代 啥材料更受青睐

来源:《中国科学报》2021-09-24 13:04

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  关振鹏(左二)正在进行手术。首钢医院供图

  经过半个多世纪的发展,现代人工髋、膝关节置换术已在全世界范围内广泛普及。据不完全统计,2019年我国的人工髋、膝关节置换手术量已经超过了95万例,且仍以接近每年20%的速度增长。

  “我国引入人工关节置换手术已有30余年。从关节假体使用损耗和假体附近骨损失的时间推算,我国即将进入大量关节置换后的‘翻修’时代。”北京大学首钢医院副院长关振鹏在接受《中国科学报》采访时表示,其中,骨缺损的处理是翻修手术最为复杂的技术关键点之一。

  近日,《先进药物递送评论》刊发了关振鹏团队与芬兰埃博学术大学教授张宏博、上海交通大学医学院附属瑞金医院教授崔文国联手在骨再生治疗领域的研究进展,他们首次在静电纺丝和3D生物打印两个技术层面介绍了骨再生材料的合成策略及技术选择。

  业内专家认为,该研究不仅在材料选择与制作技术方面进行了系统全面的分析和论述,更可贵的是结合了实际临床需求,从外科医生角度出发,讲述了对未来骨科研发产品的期望。

  骨科材料的“推陈出新”

  1965年,美国科学家Urist首次提出诱导成骨理论,即具有骨诱导特性的生物材料可以诱导骨髓干细胞趋化并分化成骨细胞,诱导骨细胞在局部分泌矿化基质和胶原蛋白,从而形成新骨,在非骨骼环境中形成骨骼。

  随着学术界对骨替代材料研究的不断深入,多种骨替代材料相继研发问世,包括同种异体骨、脱矿骨基质、人工合成骨传导生物材料等。

  目前,对于小范围非应力部位的骨缺损,骨科的“金标准”是同种异体骨移植,但其价格比较昂贵,而且只适用于小范围或非负重区的填补。

  对于大面积、负重区骨缺损的处理,业内起初使用骨水泥、骨屑直接进行填补,但其远期效果并不理想。即便是先在骨缺损部位加入螺钉进行固定,效果依然不佳,因此逐渐被临床淘汰。

  “现在,我们经常使用的是一种叫钽的金属,它的内部结构与人类骨结构非常相似,都有‘小梁结构’,骨组织可以很好地与钽嵌入生长。同时,无论是机械应力、密度还是金属惰性,它都非常适合作为植入物。”关振鹏说,目前,由钽金属制作的“小垫块”成为了骨科翻修术的主流材料选择。

  但钽垫块也有局限性。

  “首先钽的价格非常昂贵,一个小小的垫块都要数万元;其次,钽的密度比骨密度要大,而骨缺损修补材料与骨的密度差异是骨缺损修复远期效果的主要影响因素。”崔文国认为,骨再生材料的研究不能单纯地探索新材料,还要从新制作工艺寻求解决办法。

  新制作工艺带来“机遇”

  近年来,最为火爆的3D打印技术为骨科带来了“新视野”。

  据该论文作者之一、北京大学首钢医院骨科硕士研究生王一川介绍,国内已经有公司使用钛合金进行3D打印制备成骨小梁结构的骨缺损材料和植入物。“在保障骨缺损位置机械应力的情况下,骨组织能嵌入生长,而且材料价格比较亲民,远期效果也比较理想。”

  但这同时也带来一个问题:嵌入生长的不一定是骨组织,还有瘢痕或者其他软组织。

  “如何使填补材料更好地嵌入生长呢?我们需要制作具有模拟体内局部微环境结构特征的‘支架’,这时我们就想到了制备微纳米纤维的电纺丝技术。”关振鹏说。

  所谓的电纺丝技术是指对针头内高分子液体施加高压电,使针头内液体带有电荷,由于电荷之间互相排斥且与接地端互相吸引,使液体能够克服表面张力射出针头,从而获得纳米或微米尺度的细丝。

  目前,电纺丝技术通过喷丝头和收集器以及调节参数,制造具有不同形态的纳米纤维,例如中空、芯套筒以及珠状结构和不同纤维直径或其他独特结构的纳米纤维,并在骨再生领域应用。

  “为了模拟骨的自然生长状态,静电纺丝纤维膜可以通过相关方式影响成骨细胞的增殖和分化仿生的粗糙度、动态压缩变量,使成骨细胞更好地增殖附着,达到骨快速生成的目的。”关振鹏说。

  不过,在临床工作中,有很多关节置换的患者都伴有严重的骨质疏松。

  “植入周围骨的质量直接决定着手术效果,于是,在植入假体或支持物上负载有利于骨再生的活性组分是非常好的途径。”王一川说。

  仍需接受临床实践的“考验”

  虽然静电纺丝和3D生物打印在生产复杂结构方面有巨大潜力,但在临床应用中也需要技术的提升。

  “我们需要深入研究材料负载水平对机械和生物性能的影响,将宏观的3D打印支架和微观的微纳米纤维相结合,实现宏观新组织长入和微观细胞行为调控,并寻求在静电纺丝和3D生物打印支架中的平衡,以确保最佳性能。具体而言,材料需要满足特定的要求才能确保制造方式高效和有效地运行,因此,在获取优化纳米材料增强的骨组织工程支架时所采用的静电纺丝和3D生物打印技术相结合,再优化组合的方法,实现了宏观和微观的统一。”关振鹏说。

  此外,张宏博认为,还应利用分子生物学方法进一步探索诱导下的详细机制生物现象,进而从分子机理上给予证实,才能增强静电纺丝和3D生物打印支架工程化优选产品的性能;同时,要充分利用现有的静电纺丝和3D生物打印支架,重现多功能支架,节省设计成本。

  当然,任何一项新技术、新材料要实现临床转化,最为重要的是在临床中得到验证。它的安全性和有效性都需要在未来几十年的临床实践中不断总结。

  一直以来,骨水泥是骨科最常用的“胶水”,是用来固定植入物假体和骨的黏合剂,但其最终与人身体的主要应力组织——骨组织存在许多差异。关振鹏期望,“在骨科的假体置换和骨缺损修复领域,追求纯自然状态,即手术后患者完全回归健康,终生不需要进行二次手术翻修或将植入物取出。”

  记者 张思玮

[ 责编:涂子怡 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 多聚焦第四届链博会主宾国和主宾省展台

  • 第十七届夏季达沃斯论坛“文化之夜”精彩绽放

独家策划

推荐阅读
卢宇彤介绍,“灵晟”依托国产高性能CPU、片上高带宽内存、高速互连网络、高吞吐存储、三维浮动正交、全液冷散热等多项核心技术创新打造。如今,面向科学、工程、产业各领域的大规模应用需求,“灵晟”提供多学科、全流程、多精度融合的科学智能应用生产级平台。
2026-06-25 09:36
日内瓦时间6月24日,中国工程院院士许健民从世界气象组织秘书长塞莱丝特·绍洛手中郑重接过第70届国际气象组织奖奖章。作为我国气象卫星事业的开拓者、见证者,许健民的身影,也是中国气象人实干创新、勇攀高峰的生动写照。
2026-06-25 09:33
在中国与泰国联合倡议下,世界贸易组织信息技术协定委员会23日举办专题研讨会,围绕信息技术协定支持人工智能就绪及包容性数字化转型展开探讨。
2026-06-25 09:32
如果它们真的是宇宙中的某种全新的事物,将改变我们对宇宙的认知,正如20世纪60年代类星体(星系中心进食的黑洞)的发现彻底革新了星系演化理论一样。”  无论直接坍缩理论是否正确,小红点都可能是超大质量黑洞的前身,后者构成了现代星系的核心。
2026-06-25 09:27
绿电直连之所以能够从概念走向实践,离不开技术进步与产业协同的共同托举。随着市场机制与技术体系不断成熟,绿电直连有望从单点示范走向规模化网络发展,成为产业绿色转型的“新动脉”。
2026-06-25 09:32
事实上,天气预报从来不是一成不变的“标准答案”,而是一门在复杂大气运动中不断逼近天气真相的科学。但我们必须正视:天气预报是一门预测科学,天气系统的复杂性,是全球气象领域共同面临的世界级难题。
2026-06-25 09:28
AI的介入,正在将控制“人造太阳”从一门依赖经验和试错的手艺,提升为一门可计算、可预测、可自主优化的科学。
2026-06-25 09:31
瑞士巴塞尔大学科学家研制出一款多功能纳米递药机器人,由推进模块和有效载荷模块构成,两种模块可重复使用,并能够自行组装。
2026-06-24 09:58
从“双链贯通”升级为“四链融合”,折射出中国推动科技创新与产业创新深度融合的有力步伐。
2026-06-24 09:48
该成果通过改善帕金森患者最难治疗的行走障碍,开启了个性化神经调控新篇章。
2026-06-24 09:47
国家卫生健康委23日印发《营养指导员服务技术指南(试行)》,针对营养指导员提出营养监测与调查、膳食营养状况评价、营养咨询与指导、营养配餐、营养科普教育等五方面工作的技术能力要求。
2026-06-24 09:46
国家粮食和物资储备局23日发布的最新数据显示,随着夏粮陆续收获上市,旺季收购正逐步展开。
2026-06-24 09:44
瑞典哥德堡大学和查尔姆斯理工大学研究团队在人工智能(AI)应用方面取得新成果,教会一款名为SmartTrap的AI系统使用光学镊子,从而让光镊实现了全自动运行。光镊是一种利用高度聚焦的激光束来操控微小物体的技术,其操作对象包括单个DNA分子、活细胞以及其他直径远小于发丝的微观粒子。
2026-06-23 09:40
“十五五”规划纲要提出,建立健全数据产权、流通利用、收益分配、安全治理等数据要素基础制度。
2026-06-23 09:38
上午9时,随着小浪底水利枢纽3个闸门徐徐升起,巨大水流喷涌而出,在空中形成层叠奔涌的排浪,轰鸣着冲向水面——2026年度黄河调水调沙正式启动。
2026-06-23 09:35
2026年,发布《高端科学仪器创新发展行动计划》,推进“AI+”赋能仪器创新,鼓励建设全自动“黑灯”实验室等前沿科研新范式……灵心巧手(北京)科技有限公司联合创始人左家平举起一款灵巧手向记者介绍:“我们最轻的灵巧手只有370克,但它能提起50公斤重物。
2026-06-23 09:34
中国散裂中子源科学中心与港澳8所高校合作共建大湾区首台同步辐射光源,所有谱仪面向港澳全面开放,港澳用户完成实验课题超过100项,产出系列重要成果。据了解,2025年,“深圳-香港-广州”创新集群首次跃居全球创新指数第一,“澳门-珠海”集群连续两年入围全球百强,国际科技创新中心地位进一步凸显。
2026-06-23 09:30
准确来说,“原位纳米晶限域”是一种让晶体在生长过程中“长得好又长不大”的精细调控技术。科学家在材料结晶前,预先混入一种可聚合配体,它在晶体刚冒头时原位形成一张分子级的“网”,网眼便是晶体生长的唯一空间。
2026-06-23 09:29
这就是“管中窥豹”的困境,也是当前AI辅助荧光成像面临的核心难题。团队的解决思路颇具巧思:提出了一种全新的通用型荧光成像复原网络LargePNet。
2026-06-22 09:45
6月20日,中技船舶首批9艘新能源船舶集中试航仪式在广西南宁港举行。9艘船舶包含无人驾驶智慧船、商用作业船、民用休闲船,适配执法巡逻、景区观光等各类场景,助力内河航运绿色转型。新华社发
2026-06-22 09:44
加载更多