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

  • 《为了民族解放与世界和平》主题展览面向公众开放

  • 第十七届中国国际现代化铁路技术装备展览会在京开幕

独家策划

推荐阅读
随着科技创新与产业创新深度融合,人工智能技术助力建材行业向更智能、更绿色、更高端方向变革。“通过数字化转型,建材企业可基本实现研发设计数字化、生产运营一体化、客户服务敏捷化,提升决策效率、协同能力和服务水平,快速提升生产力和核心竞争力。
2025-07-09 09:40
记者8日从湖南省自然资源厅获悉,通过创新地质找矿理论,经过长期勘探,湖南省郴州市临武县鸡脚山矿区已探获超大型蚀变花岗岩型锂矿床,共提交锂矿石量4.9亿吨,氧化锂资源量131万吨。
2025-07-09 09:39
根据国家卫生健康委8日晚间发布的通知,今后“颈深淋巴管/结—静脉吻合术”将不得应用于阿尔茨海默病治疗。“颈深淋巴管/结—静脉吻合术”是将颈部深层淋巴管或淋巴结与邻近的静脉进行吻合的手术,近年来部分医疗机构将其用于治疗阿尔茨海默病,引发争议。
2025-07-09 09:39
国家发展改革委、工业和信息化部、国家能源局日前发布《关于开展零碳园区建设的通知》。支持企业对标标杆水平和先进水平,实施节能降碳改造和用能设备更新,鼓励企业建设极致能效工厂、零碳工厂。
2025-07-09 09:37
近日,中国科学院近代物理研究所科研人员依托兰州重离子加速器冷却储存环,精确测量了极缺中子原子核硅-22的质量,实验发现硅-22的质子数14是一个新幻数。
2025-07-09 09:35
国家自然科学基金委员会7日发布消息,自然科学基金委近日制定重大非共识项目试点实施方案,将在2025年启动资助试点。
2025-07-08 09:20
近日,由农业农村部南京农业机械化研究所联合有关单位研制的全自动水稻覆膜插秧技术装备在江苏省靖江市投入使用,开启了我国水稻覆膜插秧新模式。
2025-07-08 09:11
日前,全球领先的720V高压固态钠盐电池,在位于内蒙古自治区鄂尔多斯市达拉特旗的建亨奥能科技有限公司正式量产,标志着中国成为全球第三个实现固态钠盐电池商用量产的国家。
2025-07-08 09:10
从国家自然科学基金委员会获悉,该委日前制定了重大非共识项目试点实施方案,将在2025年启动资助试点。
2025-07-08 05:05
什么是聚乳酸材料,在取代传统石化基塑料材料方面又有着怎样的优势?本期院士科普,让我们跟随中国科学院院士陈学思,一起走进生物降解高分子材料——聚乳酸的奇妙世界。
2025-07-07 14:19
科技的力量正让农民从传统体力劳动者向掌控全局的智慧决策者转变。
2025-07-07 12:33
在未来数十年,熟练使用人工智能很可能成为大多数职业的必备技能,并深刻影响就业市场。作为经济土壤中的“超级肥料”,新技术既带来传统岗位的替代,更促进新兴产业发展,直接创造新的岗位需求。
2025-07-07 09:12
抽水蓄能机组主要由发电电动机和水泵水轮机组成,利用山上山下两个水库进行水能和电能相互转换。
2025-07-07 09:11
回溯歼—10飞机研制历程,从立项、首飞到定型,历经数十载,“三滴油”看起来微不足道,却更加说明创新需要点滴用心、长期耕耘。
2025-07-07 09:10
从微小的夸克到浩瀚的宇宙,从生命的密码到自然的规律,科学这双“慧眼”不断重新定义着“可见”与“可知”的边界。从墓室中的真菌到实验室里的潜在新药,科学家用一套跨学科方法挖掘出这个隐藏在自然界的分子宝藏。
2025-07-07 09:08
在6日开幕的中国科协年会上,2025重大科学问题、工程技术难题和产业技术问题正式发布。这凝聚科技界智慧的30项问题、难题“锁定”了哪些前沿领域的核心赛道?其遴选标准蕴含着怎样的科学智慧?带着这些问题,记者专访了丛斌、邹冰松、王小云、陈坚四位院士。
2025-07-07 03:10
2025全球数字经济大会2日在北京开幕。除收录标准的优势外,东壁全球科技文献数据平台还根据中国科技界与教育界的习惯,对所收录期刊进行了学科分类。
2025-07-04 09:55
超材料是一类具有特殊性质的人造材料,而具有热辐射性能的超材料可以把多余的热量“打包”传递到外界,热辐射超材料可广泛应用于零能耗辐射冷却、建筑节能降温、航天热控等诸多重要领域。
2025-07-04 09:53
中国科学院院士、海南大学生物医学工程学院教授骆清铭团队成功绘制出了小鼠三维脑区和立体定位图谱
2025-07-04 09:52
加载更多