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1、可注射性骨水泥 Question 什么是可注射性骨水泥？ 常见的注射性骨水泥有哪些？ 作为可注射性人体替代骨需要满足什么要求？ 骨水泥应用技术有哪些？ 应用在哪些方面？ 可注射性骨水泥 可注射性骨水泥 人工合成无机材 料 人工合成有机生 物大分子 复合材料和组组 织织工程材料 磷酸钙钙骨水泥 硫酸钙钙骨水泥 丙烯烯酸骨水泥 复合物 单单一材料在生物学及力 学角度大多都存在缺陷 复合 +胶原、珊瑚 骨水泥是在骨矫形修复过程中,用于填补缺损和固定移植体的材 料。 理想的可注射性骨水泥1 1 Low KL, Tan SH, Zein SH, Roether JA, Mourino V, Boccac
2、cini AR. Calcium phosphate-based composites as injectable bone substitute materials. J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 2010;94:273-86. 生物相容性好 固化过程放热少 组成、结构、性能与人体骨组织 相近的生物活性骨水泥 丙烯酸骨水泥 自1996 年英国医生Charnley首次将聚甲基丙烯酸甲酯( PMMA) 用于固定矫 形移植体以来,PMMA 骨水泥的应用对人工关节的发展起过巨大推动作用,并 在骨缺损、骨癌刮除后的空洞填充修复中得到了广泛应用。 +： PMMA
3、 骨水泥成型容易,使用方便 -： PMMA属于生物惰性材料，不能与宿主骨组织形成有机的化学界面结合， 另外凝固聚合过程中产生热量、单体的细胞毒性作用、可操作时间有限等 不足也限制了其临床应用 PMMA 固相为聚甲基丙烯酸甲酯 液相为甲基丙烯酸甲酯 共混（放热） 聚合反应 固化 PMMA粉末为5 um130 um直径的小球。无 气味，性能稳定。 MMA为无色液体，在一定条件下能自行聚合 固化成聚合体PMMA PMMA骨水泥产品 国外产品 CMW (Howmedica) Coriplast 3 (Corin) OsteoBond (Zimmer) Osteopal (Biomet) Palacos
4、 （Biomet） Simplex P (Howmedica) Sulfix-6 (Sulzer) Zimmer LVC (Zimmer) 国内产品： TJ骨水泥（天津） 骨固着剂（四川） 高效能骨水泥（上海） SH-1型骨水泥（上海） 相同基本成分 目前市售的各种品牌的骨水泥其基本成分均是相 同的，即甲基丙烯酸甲酯（PMMA）。 差别添加成分 各种品牌的骨水泥其添加成分有极大的差别。 如促进剂、阻抑剂、显影剂、抗生素、抗癌药、 骨粉、HA等。 PMMA骨水泥技术 第一代骨水泥技术：手工搅拌，指压填充 第二代骨水泥技术：手工搅拌，骨水泥枪填充 第三代骨水泥技术：离心搅拌/真空搅拌，骨水泥枪填充
5、 调制过程中不会有碎屑脱落而混入骨水泥 减少固化骨水泥中空泡的目的 PMMA骨水泥不足 假体磨损：不仅可磨损聚乙烯，也能磨损金属假体 心血管系统反应：低血压、猝死等 假体松动：除与聚乙烯碎屑有关外，还和骨水泥碎屑有关 骨组织损伤：聚合时产热 细胞毒性：主要是单体 降低局部抗感染力，骨-骨水泥界面是细菌易繁殖区 过敏反应：主要是单体 因使用骨水泥而发生休克、肺栓塞、心肌梗死和猝死的病例，国内外均有报道。虽 然这些并发症极少发生，但危害极大，应引起高度重视。 为了预防和减少骨水泥应用过程中全身性反应的发生，充填骨水泥前，应通知麻醉 医师，注意观察血压变化，必要时可适当地采用升压措施 真空搅拌、脉冲
6、加压冲洗和骨水泥枪由深至浅注入骨水泥可以减少单体、空气、血 凝块和脂肪颗粒等进入血液，减轻毒性作用和降低栓塞的可能性。 PMMA骨水泥复合物 l 虽然PMMA 骨水泥成型容易,使用方便,但由于其生物相容性差,与人体骨是非骨 性结合,近年来研究人员不断对PMMA 骨水泥进行改进： l 在PMMA 骨水泥中加入磷酸钙陶瓷粉末,可以提高PMMA 骨水泥的生物相容性。 但由于PMMA 密实不透,加入的磷酸钙陶瓷粉末,其活性可能被掩盖,不利于其与 活体组织发挥骨传导作用。 l 为改进PMMA 与骨结合状况,将PMMA 改为多孔结构,使骨组织长入骨水泥后,修 复体得到生物学固定,在一定程度上减缓了松动发生
7、。王善沅等将该网孔结构骨 水泥材料作为甲氨喋呤(MTX ,一种广谱抗肿瘤药物) 的载体,进行了药物释放速度 的试验。并将庆大霉素加入具有网孔结构的PMMA 中,在人工髋关节置换手术中 作了60例临床应用。该骨水泥具有小孔,孔径在0.1 - 150.m 之间,大孔孔径在 150m 以上,大孔占所有孔洞面积的10 - 20 %。结果表明,载有庆大霉素的网孔 结构PMMA 骨水泥,其界面剪切应力强度比普通骨水泥高30 %。临床使用表明,具 有网孔结构负载庆大霉素的PMMA 骨水泥是目前一种高效、低毒、比较理想的骨 水泥,对预防感染和减少假体下沉有良好作用。有网孔的载药PMMA ,具有载药和 骨水泥双
8、重功能,若将磷酸钙陶瓷粉末加入其中,磷酸钙陶瓷的活性不被掩盖,有 利于发挥后者的骨传导作用,更能加强界面结合,防止假体松动下沉。 PMMA骨水泥本身的组分、理化性能等数十年来没有根本性的变化 磷酸钙骨水泥 磷酸钙生物活性骨水泥（CPC）又称羟基磷灰石骨水泥它是由两种或两种以上磷酸钙粉 末,加上调和剂,调成糊状注入修复部位,能在人体内环境和温度下硬化,其成分最终转 化为HA。是一种新型的人工骨材料，可用于人体骨缺损的修复。 +： 在生理条件下具有自固化能力及降解活性、成骨活性的无机材料 具有良好的生物相容性、 骨传导性和骨替代性 这种骨水泥可组合成与天然骨类似的组成, 植入人体后可参加新陈代谢使
9、骨组织生长,逐步重建成耐久的承重骨。 -： 抗压强度低，脆性大 未经过改性和优化的普通磷酸钙骨水泥通常可注射性能不好,不能满足骨科微创手术 的要求,且其力学性能较差,不能用于承重部位。 这种材料能取代生物相容性差的PMMA 骨水泥,因此成为研究热点。研究主要包括各种 类型磷酸钙陶瓷(CPC) 生物活性骨水泥配方的筛选及优化,调和剂的选择,磷酸钙生物活 性骨水泥水化固化的动力学、影响因素及反应最终产物的测定和磷酸钙生物活性骨水 泥生物相容性的研究等。 磷酸钙骨水泥 磷酸钙骨水泥 磷酸钙骨水泥复合物 聚肽共聚物/ 磷酸钙骨水泥生物复合材料 壳聚糖微球/磷酸钙骨水泥复合材料 壳聚糖纤维/磷酸钙骨水泥
10、复合材料 -磷酸三钙/碳纤维复合增强骨水泥 载辛伐他汀PLGA/磷酸钙骨水泥复合材料 丝素/半水硫酸钙/磷酸钙骨水泥复合材料 力学强度、生物相容新、孔隙率 硫酸钙骨水泥 硫酸钙能够以无水硫酸钙、半水硫酸钙、二水琉酸锦三种形式存在,而用作可注射型 骨修复材料的为半水硫酸钙,即医用硫酸钙。 Richelsoph等2在2003年取得一项以硫酸毎为基质的可注射骨修复材料的专利。他们 在半水硫酸毎中,加入二水琉酸韩作为促凝剖,经丙基甲基纤维素作为塑化剖,湿含量 为10%-30%的去矿物质骨基质,从而制成一种混合粉末。该混合粉未与水溶液或盐溶液 (例如0.91%的NaCl溶液)混合后,能形成泥状或稠状的合
11、成物,就是可注射的硫酸钙材 料。目前报道的文献中,单独使用硫酸钙作为可注射骨修复材料的很少,一般是将硫酸 钙与羟基磷灰石或磷酸钙混合使用。 3-5 2Richelsoph, Coupe K.,Miller,et al., Bone graft substitute composition. United States Patent,6652887, 2003-11-25. 3Nilsson M., Wielanek L.,Wang J.S.,et al, Factors influencing the compressive strength of an injectable calcium
12、sulfate- hydroxyapatite cementJ. Journal of Materials Science: Materials in Medicine, 2003,14(5): 399-404. 4Fernandez E., Vlad M.D., Gel M.M.,et al, Modulation of porosity in apatitic cements by theuse of Q-tricalcium phosphate- calcium sulphate dehydrate mixturesJ. Biomaterials, 2005, 26(17): 3395-
13、3404. 5Gatta A,Rosa A.D,Laurienzo P., et al, A novel injectable poly( caprolactone)/calcium sulfate system for bone regeneration: synthesis and characterizationJ. Macromolecular Bioscience, 2005,5(11): 1108-1117. +：半水琉酸钙,它具有良好的生物相容性、可降解吸收性（克服硫酸钙降解速度快 ）、骨传导性 -：注射型琉酸钙骨移植替代材料的质地较脆、机械强度依然有限,一般不用于治疗骨 干部骨
14、折的缺损,更不能用它代替内固定或外固定。 硫酸钙骨水泥复合物 Materials and methods Biocement-H-control，CSD-control powder phase-98 wt% a-TCP (minor contents of b-TCP) and 2 wt% precipitated hydroxyapatite (PHA） liquid phase-an aqueous solution of 2.5 wt% disodium hydrogen phosphate (Na2HPO4)DHP liquid to powder (L/P) ratio was 0
15、.32 mL/g the powder phase of Biocement-H was modified with5, 10, 20 and 25 wt% CSD (Sigma-C3771) All the cements were mixed by hand in a mortar with a spatula The specimens, immersed in 200 mL Ringers solution at 37, were removed from the moulds after 30 min and stored again for 1, 2, 4, 8, 16 h and
16、 1, 3, 5 and 14 days prior to testing. BioCSD-20 and BioCSD-25 were kept in Ringers solution for 28 and 35 days 硫酸钙骨水泥复合物 Results It was observed that the maximum compressive strength of Biocement-H (45 MPa) decreased as the amount of CSD increased in the cement powder mixture (30 MPa for 25 wt% of CSD). It was also observed that after complete dissolution of
