骨質(zhì)疏松治療有望應(yīng)用新技術(shù)

陳莎莎+王國付

當(dāng)前，骨質(zhì)疏松癥日漸成為影響老年人健康的社會問題。骨質(zhì)疏松癥的發(fā)病率已經(jīng)躍居世界各種常見病的第7位。我國骨質(zhì)疏松癥的發(fā)病率約為6.6%，總患病人數(shù)達(dá)6000萬～8000萬，居世界之首，男女患病率之比約為1：2～3。骨質(zhì)疏松性骨折是骨質(zhì)疏松癥的嚴(yán)重后果，其中以椎體壓縮性骨折為最常見，骨折后愈合過程減緩、外科治療的難度加大，臨床療效降低，而且再次發(fā)生骨折的風(fēng)險明顯增大。

骨質(zhì)疏松導(dǎo)致骨質(zhì)疏松性壓縮骨折在老年人中最常見。目前骨質(zhì)疏松性骨折的治療方法包括保守療法和手術(shù)療法。保守療法包括臥床休息、藥物鎮(zhèn)痛、支具外固定等。無論哪一種治療方法，都需要與抗骨質(zhì)疏松治療相結(jié)合，才能從根本上提高骨量及骨強(qiáng)度，減少再次骨折的發(fā)生率。手術(shù)療法有開放性手術(shù)和微創(chuàng)手術(shù)。目前應(yīng)用和報道比較多的是微創(chuàng)手術(shù)的方法，特別是經(jīng)皮椎體形成術(shù)與經(jīng)皮椎體后凸成形術(shù)。這兩種手術(shù)有一定的療效，但也存在不少并發(fā)癥，比如骨水泥滲漏、相鄰椎體的再骨折、術(shù)后肺栓塞等，對這些并發(fā)癥發(fā)生的原因及其預(yù)防的研究目前仍較薄弱。

好消息是，納米技術(shù)、3D打印技術(shù)等在骨質(zhì)疏松骨折治療中應(yīng)用有望成為解決以上這些問題的新的手段。

什么是納米技術(shù)

納米技術(shù)是用單個原子、分子制造物質(zhì)的科學(xué)技術(shù)，研究結(jié)構(gòu)尺寸在0.1至100納米范圍內(nèi)材料的性質(zhì)和應(yīng)用。它的最終目標(biāo)是直接以原子或分子來構(gòu)造具有特定功能的產(chǎn)品。這種既不同于原來組成的原子、分子，也不同于宏觀物質(zhì)的特殊性能構(gòu)成的材料，即為納米材料。材料在納米尺度下會突然顯現(xiàn)出與它們在宏觀情況下很不相同的特性，這樣可以使一些獨(dú)特的應(yīng)用成為可能。例如，不透明的物質(zhì)變?yōu)橥该鳎ㄣ~）、惰性材料變成催化劑（鉑）、穩(wěn)定的材料變得易燃（鋁）、在室溫下的固體變成液體（金）、絕緣體變成導(dǎo)體（硅）。

納米技術(shù)領(lǐng)域近年來發(fā)展迅速，進(jìn)而形成了新型的納米醫(yī)學(xué)，一種診斷、治療、預(yù)防疾病和保護(hù)及改善人類健康的科學(xué)與技術(shù)。當(dāng)前納米技術(shù)的研究和應(yīng)用主要在材料和制備、微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)、醫(yī)學(xué)與健康、航天和航空、環(huán)境和能源、生物技術(shù)和農(nóng)產(chǎn)品等方面。用納米材料制作的器材重量更輕、硬度更強(qiáng)、壽命更長、維修費(fèi)更低、設(shè)計(jì)更方便。

納米技術(shù)的發(fā)展使制造適合靶向治療各種骨疾病的納米材料成為可能。例如，利用納米技術(shù)可以提升鈣補(bǔ)充劑的生物活性，進(jìn)而減少骨質(zhì)疏松的發(fā)生。納米的羥磷灰石晶體增加了羥磷灰石晶體補(bǔ)充劑在骨質(zhì)疏松中的應(yīng)用。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)顯示納米的羥磷灰石可以在骨的初始愈合階段促進(jìn)新生骨的形成。另外，納米技術(shù)對新的骨替代物的研究、生物電子學(xué)如生物感應(yīng)器、超敏診斷系統(tǒng)、可控性藥物傳輸系統(tǒng)等技術(shù)的發(fā)展有顯著的影響。

納米技術(shù)改良骨水泥

臨床上通過手術(shù)如經(jīng)皮椎體成形術(shù)（PVP）和經(jīng)皮椎體后凸成形術(shù)（PVP）治療骨質(zhì)疏松性壓縮骨折常用到骨水泥。PMMA是一種標(biāo)準(zhǔn)的骨水泥，因其具有調(diào)制簡便、價格便宜、生物力學(xué)性能良好、快速的凝固時間、較好的可注射性等特點(diǎn)而被應(yīng)用于臨床。但是，它也存在不能在體內(nèi)生物降解，過高的硬度和較高的固化溫度導(dǎo)致的熱壞死，沒有直接的骨附著，潛在的單體毒性作用，需要加入助顯劑等缺點(diǎn)，從而可能造成各種術(shù)后并發(fā)癥。為提升生物兼容性和理化特性，如成骨細(xì)胞粘附性、機(jī)械強(qiáng)度、硬度、彎曲強(qiáng)度、斷裂韌度和固化溫度等，目前正在應(yīng)用納米技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)從而改良這些特性。

鈣磷酸鹽水泥（CPC）是另外一種用于治療骨質(zhì)疏松的骨水泥。CPC在固化的過程中具有較低的熱反應(yīng)，在避免骨壞死方面具有更好的優(yōu)勢。CPC也具有更好的生物兼容性和與骨骼更類似的結(jié)構(gòu)。然而，其嚴(yán)格的注射條件以及較低的機(jī)械強(qiáng)度限制了它的臨床應(yīng)用。研究表明，在CPC中加入二氧化硅納米顆粒后，其表現(xiàn)出更好的成骨細(xì)胞增殖能力以及更高的機(jī)械強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度。

3D打印技術(shù)治療骨質(zhì)疏松

3D打印屬于快速成形技術(shù)的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層堆疊累積的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)（即“積層造形法”）。

3D打印的設(shè)計(jì)過程是：先通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)或計(jì)算機(jī)動畫建模軟件建模，再將建成的三維模型“分區(qū)”成逐層的截面。打印機(jī)通過讀取文件中的橫截面信息，用液體狀、粉狀或片狀的材料將這些截面逐層地打印出來，再將各層截面以各種方式粘合起來從而制造出一個實(shí)體。這種技術(shù)的特點(diǎn)在于它幾乎可以造出任何形狀的物品。

現(xiàn)在，3D打印技術(shù)是啟用于許多組織再生，如骨再生、心臟組織再生、牙齒再生、軟骨再生等。3D打印在骨組織工程中的應(yīng)用有望治療骨質(zhì)疏松導(dǎo)致的骨丟失和骨折。

利用3D打印技術(shù)制備的骨組織再生支撐結(jié)構(gòu)，可以模擬細(xì)胞外基質(zhì)的特性，如機(jī)械支持、細(xì)胞活動、蛋白產(chǎn)生等，并且為體內(nèi)細(xì)胞粘附和刺激組織再生提供模板。三維支架可以根據(jù)最終需要模擬的成分對應(yīng)用的材料、層厚、連接成分、機(jī)械特性、嵌入的細(xì)胞、尺寸等進(jìn)行調(diào)整。

3D打印技術(shù)的產(chǎn)生對骨組織工程的發(fā)展是一個極大的促進(jìn)。最初，合成物只能被制成單一均質(zhì)層，但是3D打印技術(shù)制備的三維支架可以培養(yǎng)干細(xì)胞，并且可以產(chǎn)生骨樣結(jié)構(gòu)，同時還可以加入生長因子，例如加入骨形成蛋白、血管內(nèi)皮因子去支持細(xì)胞的生長。

隨著研究的深入，納米復(fù)合材料與3D打印技術(shù)的結(jié)合應(yīng)運(yùn)而生。如何應(yīng)用于治療骨質(zhì)疏松，研究者正積極進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的程序、參數(shù)以及特殊納米材料的合成方法與應(yīng)用的研究。endprint