可注射性骨水泥综述课件.pptx

1、可注射性骨水泥可注射性骨水泥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可注射性骨水泥可注射性骨水泥人工合成无机材人工合成无机材料料人工合成有机生人工合成有机生物大分子物大分子复合材料和组织复合材料和组织工程材料工程材料磷酸钙骨水泥磷酸钙骨水泥硫酸硫酸钙骨水泥钙骨水泥丙烯酸骨水泥丙烯酸骨水泥复合物复合物单一材料在生物学及力单一材料在生物学及力学学角度角度大多都存在缺陷大多都存在缺陷复合复合+胶原、珊瑚骨水泥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

2、的可注射性骨水泥理想的可注射性骨水泥11 Low KL,Tan SH,Zein SH,Roether JA,Mourino V,Boccaccini 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,

3、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 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粉末为粉末为5 um130 um直径的小球。无直径的小球。无气味，性能稳定。气味，性能稳定。MMA为无色液体，在一定条件下能自行聚合为无色液体，在一定条件下能自行聚合固化成聚合体固化成聚合体PMMA PMMA骨水

4、泥产品骨水泥产品国外产品国外产品 CMW (Howmedica)Coriplast 3 (Corin)OsteoBond (Zimmer)Osteopal (Biomet)Palacos （Biomet）Simplex P (Howmedica)Sulfix-6 (Sulzer)Zimmer LVC (Zimmer)国内产品：国内产品：TJ骨水泥（天津）骨水泥（天津）骨固着剂（四川）骨固着剂（四川）高效能骨水泥（上海）高效能骨水泥（上海）SH-1型骨水泥（上海）型骨水泥（上海）相同相同基本成分基本成分 目前市售的各种品牌的骨水泥其基本成分均是相目前市售的各种品牌的骨水泥其基本成分均是相同的，即

5、甲基丙烯酸甲酯（同的，即甲基丙烯酸甲酯（PMMA）。）。差别差别添加成分添加成分 各种品牌的骨水泥其添加成分有极大的差别。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、如促进剂、阻抑剂、显影剂、抗生素、抗癌药、骨粉、骨粉、HA等。等。PMMA骨骨水泥水泥技术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，骨水泥枪填充调制过程中不会有碎屑脱落而混入骨调制过程中不会有碎屑脱落而混入骨水泥水泥减少减少固化骨水泥中空泡的目的固化骨水泥中空泡的目的PMMA骨骨水泥水泥不足不足假体磨损：假体磨损：不仅

6、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：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：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：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，

7、减轻毒性作用和降低栓塞的可能性。PMMA骨骨水泥水泥复合物复合物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。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

8、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

9、。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骨水泥磷酸钙生物活性骨磷酸钙生物活性骨水泥水泥（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

10、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磷酸钙骨水泥磷酸钙骨水泥复合物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

11、/磷酸钙骨水泥复合材料力学强度、生物相容新、孔隙率力学强度、生物相容新、孔隙率硫酸钙骨水泥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半水硫酸硫酸钙钙,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

12、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。3-52Richelsoph,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 sulfate-hydroxyapatite cementJ.Journal of Mat

13、erials 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):3395-3404.5Gatta A,Rosa A.D,Laurienzo P.,et al,A novel injectabl

14、e 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硫酸钙骨水泥复合物Materials and methodsBiocement-H-

15、control，CSD-controlpowder 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)DHPliquid to powder(L/P)ratio was 0.32 mL/gthe powder phase of Biocement-H was modified with5,10,20 and 25 wt%CS

16、D(Sigma-C3771)All the cements were mixed by hand in a mortar with a spatulaThe 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 1,3,5 and 14 days prior to testing.BioCSD-20 and BioCSD-25were kept in Ringers solution f

17、or 28 and 35 days 硫酸钙骨水泥复合物硫酸钙骨水泥复合物ResultsIt 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 aftercomplete dissolution of the CSD phase a porous apatitic

18、 structure appears with a mechanical compressive strength suitable forcancellous bone applications(10 MPa).硫酸钙骨水泥复合物硫酸钙骨水泥复合物硫酸钙骨水泥复合物硫酸钙骨水泥复合物This composite material evolved gradually into a porous material within the strength optimum limits of trabecular bone applications.As porosity appeared grad

19、ually,due to the dissolution of the CSD phase,this composite material could have the advantage of being useful as a CSD-drug delivery system.Moreover,bone tissue cells could use the increasing porosity to improvethe osteointegration of the implant as well as to accelerate its complete transformation

20、 into real bone tissue.硫酸钙骨水泥复合物硫酸钙骨水泥复合物Materials and methodsCPC powder was composed of TTCP and DCPA，Calcium sulphate hemihydrate(CaSO41/2H2O,CSH)CPC served as basis for all experiments,and 40 and 60 wt%CSH were added into the CPC powder to form calcium sulphate/phosphate cement(CSPC)powders硫酸钙骨水泥

21、复合物硫酸钙骨水泥复合物Results硫酸钙骨水泥复合物硫酸钙骨水泥复合物硫酸钙骨水泥复合物硫酸钙骨水泥复合物the CSPC samples implanted in the bone defects of rabbit femora Hematoxylin/eosinstained sections of 40 wt%CSPC samples implantation in vivo for 1(a 920),2(b 920),3(c 920)and 3(d 940)months.In the photos,B denotes newly formed bone tissue,while

22、C denotes cementCSPC presented not only good biocompatibility and degradability but also faster and more effective osteogenesis in the defect area.The CSPC cement prepared in this experiment has a reasonable setting time,suitable mechanical strength,excellent degradability and bioactivity for bone r

23、epair一、人工合成有机生物大分子临床问题：骨缺损措施：将可注射性液态骨修复材料注射填充到骨缺损部位后原位固化，通过周围组织细胞的迁入形成细胞生物材料复合体，在材料逐步降解吸收的过程中，细胞增殖形成新的骨组织。背景脊柱内固定术术前X片：骨质疏松；胸腰段后凸畸形，腰椎后凸减少；椎体边缘骨质增生。术后X片：腰椎前凸角度恢复；椎弓根钉内固定系统位置满意；骨水泥在椎体内弥散，加固骨质强度，提高螺钉把持力临床问题：胸腰椎骨折、腰椎管狭窄症、脊柱肿瘤、脊柱畸形矫形可降解高分子及其复合物，由于具有良好的生物相容性，并且固化形成的三维网络可提供合适的力学强度，成为目前最有发展潜力的可注射骨修复材料，研究较多

24、的有聚乳酸(PLA)、聚乳酸-羟基乙酸(PLGA)、聚酸酐(PMA)、聚富马酸酯(PPF)、聚磷酸酯(PPE)等。上述二者均不是理想的可注射骨修复材料。已商品化的可注射骨修复材料的缺点：磷酸钙骨水泥（CPC）：固化时间长；粘结性能差；抗水性能不足，初凝阶段接触体液易崩解，未固化的微纳米粉体一旦进入心血管系统，则会造成血管堵塞；机械性能难以与正常骨相匹配等甲基丙烯酸甲酯骨水泥（PMMA）：现场固化放热导致温度升至90甚至更高可能引起周围组织坏死；且生物相容性差、不可降解，易导致骨吸收，影响骨折的愈合；残留单体及引发剂存在细胞毒性聚乳酸-羟基乙酸共聚物乳化乳化-挥发法挥发法制造PLGA微球材料的可注射性测试材料的力学 强度测试材料的可降解性测试Conclusion 20%PLGA颗粒的加入使注射更快 20%PLGA颗粒的加入使骨水泥降解更快30%PLGA谢谢！谢谢！