從電子顯微鏡下觀察，骨骼有一套非常精巧的結(jié)構(gòu)—— 一束束的有機(jī)膠原蛋白基質(zhì)中鑲嵌著一層層無(wú)機(jī)羥基磷灰石晶體， 這種多層復(fù)合的結(jié)構(gòu)讓骨骼成為最理想的生物體支架。
目前， 國(guó)內(nèi)外很多科研機(jī)構(gòu)都在進(jìn)行“仿生骨”材料的研究， 尋找能夠被體內(nèi)安全吸收的骨骼替代材料一直是臨床醫(yī)學(xué)工作者和患者的期盼。北京大學(xué)工學(xué)院材料科學(xué)與工程系鄭玉峰表示， 鎂合金和鐵會(huì)在人體環(huán)境中較快地發(fā)生生物解降， 具備了可降解植入材料的特性， 表現(xiàn)出誘人的臨床應(yīng)用前景。
良好的生物活性
不銹鋼、鈦合金和鉆合金等傳統(tǒng)金屬材料因其優(yōu)異的綜合力學(xué)和易加工成形的性能， 一直是骨科等硬組織修復(fù)的主要材料。然而這些醫(yī)用金屬材料在臨床使用中都存在一個(gè)重要的問(wèn)題， 那就是植入體內(nèi)后，會(huì)不同程度地刺激周邊肌體組織， 從而產(chǎn)生多種組織反應(yīng)。比如引發(fā)人體過(guò)敏及體內(nèi)的炎性反應(yīng)，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致畸變、癌變等重大疾病的發(fā)生。
因此， 能否實(shí)現(xiàn)植入的金屬材料在人體內(nèi)可以完全降解并被安全吸收或代謝，一直是科研人員研究的重點(diǎn)。鄭玉峰認(rèn)為，由于鎂、鐵可降解金屬的化學(xué)組元是生物體的生命元素，具有良好的生物相容性、 獨(dú)特的降解功能、優(yōu)異的綜合力學(xué)性能以及加工成形性能，因而在醫(yī)學(xué)應(yīng)用的前景是極為誘人的。
資料顯示，鎂是體內(nèi)多種細(xì)胞基本生化反應(yīng)的必需物質(zhì)，成人每人每日對(duì)鎂的需求量達(dá)到300~400mg 左右;鐵也是人體內(nèi)極其重要的微量元素， 在成年女性和男性體內(nèi)的含量分別約35mg/kg 和45mg/kg，廣泛參與人體的新陳代謝過(guò)程，包括氧的運(yùn)輸、DNA 的合成、電子的傳遞等， 具有良好的生物相容性。
人體中的鎂離子還可促進(jìn)骨細(xì)胞的增殖及分化，鎂植入生物體內(nèi)后，能夠迅速在其表面形成磷酸鹽類(lèi)物質(zhì)， 促進(jìn)周?chē)晒羌?xì)胞的大量生成。
“這種生物活性特征是聚乳酸等可降解高分子以及普通醫(yī)用金屬材料所不具備的。”鄭玉峰說(shuō)，“而且， 與目前臨床應(yīng)用和正在開(kāi)發(fā)的骨科植入材料相比，鎂與骨組織的密度最為接近。”
除此之外， 氫氣是鎂合金和鐵在體內(nèi)降解過(guò)程中的產(chǎn)物之一， 氫具有抗炎癥、抗氧化損傷的生物學(xué)作用， 對(duì)很多疾病具有治療作用，因而氫氣的產(chǎn)生有望成為可降解金屬應(yīng)用的另一優(yōu)勢(shì)。
目前，鄭玉峰領(lǐng)導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)室科研小組已經(jīng)設(shè)計(jì)出Mg- Ca醫(yī)用鎂合金體系，這種鎂合金體系兼具良好的機(jī)械性能、腐蝕抗力和生物相容性，鎂可以促進(jìn)鈣的吸收，同時(shí)釋放出鎂、鈣離子能夠促進(jìn)新骨形成，這對(duì)醫(yī)用金屬材料從“可降解”發(fā)展到更高層次的“可吸收”提供了新的認(rèn)識(shí)。
研發(fā)仍需完善
雖然我國(guó)在生物可降解醫(yī)用金屬材料的總體研究水平已處于國(guó)際領(lǐng)先，鎂合金等材料的顯著優(yōu)勢(shì)也已經(jīng)得到國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家的認(rèn)可，但是這種材料離大規(guī)模的臨床應(yīng)用還有很長(zhǎng)的距離。
鄭玉峰表示，鎂合金腐蝕速度的良好控制、骨誘導(dǎo)性能的機(jī)理研究等問(wèn)題還亟待進(jìn)一步解決。
鎂及其合金降解速度過(guò)快也將導(dǎo)致可降解鎂合金植入器件的體內(nèi)力學(xué)性能衰減速率過(guò)快，從而影響治療效果。而且，對(duì)于可降解金屬在體內(nèi)降解產(chǎn)物的生物安全性方面仍然缺乏完善的研究數(shù)據(jù)，例如，鎂在體內(nèi)降解造成環(huán)境中的堿性升高， 可導(dǎo)致溶血甚至溶骨現(xiàn)象， 氫氣釋放導(dǎo)致的皮下氣泡容易引起炎癥等負(fù)面生物學(xué)反應(yīng)等。
“未來(lái)可以從材料設(shè)計(jì)和制備角度出發(fā)， 研究開(kāi)發(fā)出具有優(yōu)異的綜合力學(xué)性能和良好的耐體液降解性能的可降解鎂合金。”鄭玉峰說(shuō)。
在分析生物可降解金屬材料未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)時(shí)， 鄭玉峰認(rèn)為， 研究的重點(diǎn)應(yīng)集中在以下幾點(diǎn)： 第一， 通過(guò)合金化、冷加工、熱處理和表面處理等方法改善鎂合金和鐵合金的腐蝕速度; 第二， 合金化后添加元素對(duì)于材料生物相容性的影響; 第三， 為了避免植入物在早期失效， 對(duì)于腐蝕過(guò)程中材料力學(xué)性能變化的分析; 第四， 可生物降解醫(yī)用金屬材料腐蝕產(chǎn)物的成分分析以及生物安全性評(píng)價(jià); 第五， 尋找新的可生物降解合金體系， 挖掘潛在的應(yīng)用可能;第六， 建立更為完善的體外評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，使得體外試驗(yàn)對(duì)于體內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果的預(yù)測(cè)更加精確。
另外，我國(guó)在可降解金屬材料方面依然停留在個(gè)體或小組自發(fā)研究行為的層面，特別需要組織國(guó)家層面上的合作，如大學(xué)與企業(yè)的合作、政府與民間的支持合作、藥監(jiān)與企業(yè)的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)合作等， 只有通過(guò)來(lái)自多個(gè)領(lǐng)域?qū)＜业墓餐?，才能加快我?guó)可降解金屬材料的研究發(fā)展和醫(yī)學(xué)轉(zhuǎn)化。