镁科研：生物医用Mg-Zn-Gd合金网板在兔颅骨缺损修复的应用研究 ...

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随着人口老龄化、创伤、肿瘤、牙周疾病年轻化和普遍化等原因引起的牙槽骨缺损发生率的增加，对于牙齿修复、牙槽骨缺失和种植体周围骨量不足的治疗提出了严峻的挑战。近年来，引导骨组织再生术（Guided bone regeneration，GBR）技术已经成为重建牙槽骨和治疗种植体周围骨缺损的重要方法，其关键原理是利用屏障膜来阻止非成骨组织对骨再生的干扰并为骨组织修复创造稳定力学环境，屏障膜本身的理化性能和结构起着至关重要的作用，直接影响骨再生的效果。理想的GBR膜应具有可靠的生物相容性和细胞封闭性、稳定的空间维持能力和机械强度、与成骨过程相一致的可降解性和生物活性以及良好的临床可操作性。

镁合金由于其良好的力学性能、生物可降解性以及生物相容性，在医用可降解植入材料领域，特别是在GBR屏障膜领域，展现出良好的应用前景。然而，可降解镁合金植入器械的推广应用却受限于：1)现有商业镁合金材料由于杂质元素及毒性元素的存在，生物相容性能满足不了使用要求；2）镁合金材料的机械性能相对于传统不锈钢、钛合金植入器械来说偏低；3）现有商业镁合金材料容易出现点腐蚀等非均匀腐蚀行为造成植入器械过早失效，且降解速率偏快；4）镁合金植入器械的生产制造困难度及成本较高；5）医用镁合金在医学领域的应用标准仍有待完善，特别是针对不同临床应用的镁合金植入器械的研发和优化仍有待深入。因此，针对特定临床应用要求研发特定生物医用镁合金材料已成为镁合金能否大规模临床应用的关键问题之一。

上海交通大学轻合金精密成型国家工程研究中心黄华博士在丁文江院士及袁广银教授的带领下，开发了生物医用Mg-2.0Zn-1.0Gd(wt.%)合金材料和相关植入器械产品原型。该材料的特点是大塑性变形后拉压不对称性相对较低且综合性能良好。最近，该课题组与上海交通大学附属上海市第九人民医院史俊教授课题组合作，基于Mg-2.0Zn-1.0Gd(wt.%)合金材料具有良好塑性变形能力的特点，研发制备了带有0.6 mm厚Ca-P涂层的可降解镁合金GBR网板，该网板的屈服强度为150 MPa，抗拉强度为235 MPa，延伸率可达22.5 %。体外生物学实验结果显示制备有Ca-P涂层的Mg-2Zn-1Gd合金GBR网板，体外生物耐蚀性及细胞毒性都得到了明显的提升。兔颅骨临界骨缺损修复实验研究表明：Mg-2Zn-1Gd合金GBR网板的体外降解速率为0.26 mm每年，制有Ca-P涂层的可降解镁合金GBR网板在植入动物体内1.5个月后可观察到局部气肿，3个月时已完全降解（图1，图2）。相较于空白对照组（Control）、单纯使用磷酸钙骨粉材料充填骨缺损区域组（CPC）和单纯使用具有Ca-P涂层的可降解镁合金GBR网板覆盖缺损区域组（Ca-P-MZG），同时使用具有Ca-P涂层的可降解镁合金GBR网板和磷酸钙骨粉材料修复骨缺损区域组（Ca-P-MZG-CPC）表现出最佳的骨修复效果（图1，图2）。该研究初步验证了Mg-2.0Zn-1.0Gd合金在GBR应用的可行性，并为未来进一步研究和优化材料涂层技术以抑制气体产生和材料降解速率奠定了坚实基础。

图1 兔颅骨临界骨缺损修复实验1.5个月及3个月动物颅骨样本Micro-CT扫描（A）及骨组织参数定量分析（B），白色箭头为镁合金GBR网板

图2 兔颅骨临界骨缺损修复实验1.5个月及3个月动物颅骨样本硬组织和脱钙组织HE染色（A）及组织形态学半定量分析（B和C），A图中的红色箭头为镁合金GBR网板，白色箭头为产生的气体

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