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

  • 山东畅通煤炭运输保供应

  • 老街故事·抚州

独家策划

推荐阅读
17日,国新办举行新闻发布会解读当前经济形势和有关政策。“我国新型低空飞行器呈现蓬勃发展态势,特别是信息通信、北斗导航、高精导航等新技术广泛应用,一些企业的自动驾驶技术也不断进步。
2024-04-18 10:17
2022年底,清华环境研究院携手苏州嗨森无人机科技有限公司,合作开发了基于无人机的挥发性有机物精准溯源技术。”  截至目前,清华环境研究院已经取得了600多项知识产权,通过技术作价入股方式转化了30多项清华大学专利,形成了25支研发团队、51家孵化公司。
2024-04-18 10:16
2023年,生成式人工智能在全球范围爆火,引发了人工智能领域新一轮的科技竞赛。“大模型为通用机器人提供强大的能力,人工智能可以将运算、感知、认知、决策、创造等各类智能集成应用在机器人平台上。
2024-04-18 10:14
“总体来看,今年论坛聚焦人工智能、生命科学、新材料等科技前沿领域,以及碳达峰碳中和、医疗健康、清洁能源等民生科技领域。“北京国际科技创新中心建设的突出成效体现为‘六个创新跃升’和‘五个全球前列’。
2024-04-18 10:11
新能源目前主要指光伏发电、风力发电以及二次能源如氢能等。风和光都是自然资源,取之不竭,用之不尽。
2024-04-18 10:10
广西中医药研究院中药资源团队在开展全国第四次中药资源普查和广西第一次林草种质资源普查中,发现石山油桐、美脉假糙苏、线叶度量草、广西割舌树、洞生香草、广西肺筋草6种高等植物新物种。
2024-04-17 09:10
2023年我国公民具备科学素质的比例达到14.14%,这一最新调查数据意味着什么?对我国经济和社会发展有何重要意义?与世界主要发达国家20%~30%的公民科学素质水平相比,我国公民科学素质仍有不小差距,未来提升公民科学素质,还有哪些挑战?
2024-04-17 09:39
从国家知识产权局获悉,《2023年中国专利调查报告》近日发布。报告显示,2023年,我国发明专利产业化率达39.6%,较上年提高2.9个百分点,连续五年稳步提高。
2024-04-17 09:38
绿色是生命的象征、大自然的底色,良好生态环境是美好生活的基础、人民共同的期盼。
2024-04-17 09:38
中国科协16日发布第十三次中国公民科学素质抽样调查结果。结果显示,2023年我国公民具备科学素质的比例达到14.14%,比2022年的12.93%提高了1.21个百分点,我国公民科学素质呈现提速增长趋势。
2024-04-17 09:37
施工人员在做桥梁前移施工准备。呼兰河上,桥墩破冰器分外醒目;庆安制梁场的智能化保温棚内,一榀榀桥梁在蒸汽中凝固成型;哈伊高铁全线建成通车后,将不断满足广大群众的出行需求,为加快建设我国向北开放新高地贡献力量。
2024-04-17 09:49
近日,中国科学院理化技术研究所研究员王树涛、副研究员时连鑫团队研发出新一代针对黏性渗出液,如糖尿病足渗出液的单向导液伤口敷料。该研究为高黏性渗出液引起的伤口愈合困难问题提供了可行的解决方案,在医用敷料、渗液管理等领域具有广阔应用前景。
2024-04-17 09:40
作为一种新兴的林业信息化科技创新手段,智慧林业需要加强顶层设计,统筹指导与管理。回顾智慧林业的发展历程,我们不难发现,智能化革新已经成为现代林业发展的重要标志。
2024-04-16 10:15
习近平总书记指出“科技创新能够催生新产业、新模式、新动能,是发展新质生产力的核心要素”,同时强调“强化企业科技创新主体地位”。从内涵及本质要求来看,新质生产力由“技术革命性突破、生产要素创新性配置、产业深度转型升级而催生”。
2024-04-16 10:14
在15日举行的2024春季核能可持续发展国际论坛上,中国核能行业协会副理事长兼秘书长张廷克介绍,截至目前,我国商运核电机组共55台,总装机容量5703万千瓦,仅次于美国、法国,位居全球第三;在建及已核准核电机组38台,总装机容量4480万千瓦。
2024-04-16 09:50
最近几年,每隔一段时间,在北京大学生物医学前沿创新中心从事博士后研究的张冲就会发一个朋友圈。出于对新发现的严谨,团队决定与突变印记领域资深学者、杜克-新加坡国立大学医学院教授Steven G. Rozen联系,进一步扩大合作。
2024-04-16 09:50
这是我国自主设计建造的首艘大洋钻探船“梦想”号。我国深海探测将以“梦想”号为重要平台,构建深海地质地球物理探测和钻探技术装备体系,为人类认识、保护、开发海洋作出新的更大贡献。
2024-04-16 09:47
创造一个超大深冷“冰箱”,提供20K(开尔文,20K即零下253摄氏度)以下甚至2K(零下271摄氏度)的超低温环境,并保证百瓦级到万瓦级连续稳定工作——大型低温制冷装备凭借这一能力,被称作“超级低温工厂”。
2024-04-15 14:25
本工作中,研究团队在前期光热电探测器相关工作的基础上,在具有长波红外吸收能力的柔性聚酰亚胺衬底上构建了碲基热电异质结薄膜,制备出可集成、柔性、可穿戴长波红外光热电探测器。
2024-04-15 09:31
4月13日至14日,第十三届“吴文俊人工智能科学技术奖”颁奖典礼暨2023中国人工智能产业年会在苏州举行,展示了我国人工智能的发展前沿。
2024-04-15 10:23
加载更多