淺析可降解醫(yī)用鎂基生物材料的研究進(jìn)展

王治昕

摘 要 可降解材料是醫(yī)學(xué)生物研究中的重要方向。本文闡述了鎂材料的概念及其作為生物材料的優(yōu)勢，通過研究現(xiàn)狀和發(fā)展前景兩方面著重探討了可降解醫(yī)用鎂基生物材料的研究進(jìn)展。

關(guān)鍵詞 鎂合金;生物可降解材料;研究進(jìn)展

引言

現(xiàn)階段，臨床使用的生物材料主要有磷酸鈣及聚乳酸等，但皆存在一些局限性。如磷酸鈣韌性不強，聚乳酸強度不高等，為此醫(yī)學(xué)領(lǐng)域也研究出了可降解的金屬類生物材料，其中鎂合金優(yōu)勢明顯，所以筆者就此展開討論，目的是探討鎂基材料的研究進(jìn)展及發(fā)展方向。

1鎂概述

鎂屬于生物體中的必需元素，能有效促進(jìn)人體內(nèi)蛋白質(zhì)及核酸的合成，還能平衡細(xì)胞電位，確保人體脫氧核糖核酸及核糖核酸的穩(wěn)定。對于健康的成年人來講，日需鎂量約在360-380毫克之間，過多攝入的鎂會隨尿液排出。而鎂基材料具有密度低、韌性強、可降解的特點，而且其與人皮質(zhì)骨的密度相近，較為適用于生物材料的研發(fā)。

2鎂基生物材料的優(yōu)勢

鎂多存在于人體骨骼中，能有效促進(jìn)骨骼生長，若缺鎂則容易引起骨質(zhì)疏松、生長緩慢等問題，所以鎂作為骨骼移植材料具有一定優(yōu)勢。早在1907年，鎂材料就被國外著名醫(yī)學(xué)專家應(yīng)用到了骨組織中，鎂板在骨折的腿部內(nèi)起到固定作用，一周后鎂板被分解而鋼釘仍存在，足以證明鎂材料的降解性很強。除此之外，鎂的活性較高，在常溫條件下即可與H2O和CO2產(chǎn)生反應(yīng)，人體內(nèi)含有大量水，因此會與鎂反應(yīng)生成氫氧化鎂和氫氣，此時析出的氫氧化鎂會包裹鎂材料，防止其繼續(xù)腐蝕，但隨著氫氧化鎂沉淀的逐漸消失，鎂材料將會被繼續(xù)降解。根據(jù)早期的案例可知鎂幾乎對人體無負(fù)面影響，而且有利于骨骼的生長和愈合，但需要應(yīng)用專業(yè)鎂合金，普通的純鎂以及鎂合金降解速度過快，難以達(dá)到支撐骨骼愈合的目的[1]。

3可降解醫(yī)用鎂基生物材料的研究進(jìn)展

3.1 研究現(xiàn)狀

可降解醫(yī)用鎂基材料的研發(fā)推動了生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展，改善了傳統(tǒng)鎂合金材料性能上的缺陷，使其降解速度能與人體愈合速度保持一致，為此，相關(guān)人員做了一系列研究。

14年前，Witte等將四種鎂合金用于植入實驗，以豚鼠股骨作為植入部位，7天后所有豚鼠股骨位置均出現(xiàn)了氣囊反應(yīng)，但半個月時間后又自行消失，對豚鼠并未產(chǎn)生負(fù)面效果。經(jīng)研究，四種鎂合金在豚鼠體內(nèi)反應(yīng)階段均出現(xiàn)了礦物層，半個月后骨骼快速生長愈合。3年后，Duygulu等又將實驗對象轉(zhuǎn)變?yōu)檠颍月葆數(shù)男问街踩肫潴y骨內(nèi)，一段時間后發(fā)現(xiàn)此部分已新生骨骼。而張廣道等醫(yī)學(xué)研究者則將材料植入于兔子的下頜骨上，前期周圍組織出現(xiàn)發(fā)炎反應(yīng)，而且清晰可見組織周圍密布毛細(xì)血管，在第八周以后，骨骼組織已經(jīng)初步形成，在觀察期間，兔子為出現(xiàn)其他不良反應(yīng)，抽取的血清中鎂含量在標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)，但尿液中鎂含量升高，可證明鎂的排出方式不是經(jīng)血液吸收，而是通過腎臟以尿液的形式排除體外。而后Li等學(xué)者將鎂與鈣的合金材料植入兔子骨骼中，判斷二者合金是否會出現(xiàn)排異反應(yīng)，實驗結(jié)果是歷經(jīng)90天后，材料已經(jīng)完全降解，兔子的體質(zhì)特征正常，而且新骨骼生長發(fā)育良好，為鎂合金材料的應(yīng)用和發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

2013年，鎂合金材料正式被應(yīng)用于人體臨床研究，患者存在腳趾外翻情況，將合金釘植入腳內(nèi)無異常反應(yīng)，趾間關(guān)節(jié)也未出現(xiàn)僵直現(xiàn)象，經(jīng)X光片顯示植入處無氣泡或壞死情況，半年后腳趾完全恢復(fù)正常，骨骼痊愈。兩年后，國外專家在股骨骨折治療中應(yīng)用了鎂螺釘，臨床接受治療的十九人中只有一人出現(xiàn)了排異情況，其他患者在一年后體內(nèi)鎂螺釘完全降解，骨骼生成速度也較快。根據(jù)實時跟蹤研究發(fā)現(xiàn)螺釘在植入一個月左右骨骼就有愈合的征兆，半年后鎂螺釘體積明顯減小，約一年的時間，鎂螺釘已經(jīng)完全消失，骨骼愈合完全。臨川研究表明患者在治療期間無明顯不適或疼痛情況，活動正常。血清檢測數(shù)據(jù)無異常，除鎂海量外，其他鈣、磷、鐵等微量元素也在正常指標(biāo)內(nèi)，所以證明大部分人體可適應(yīng)鎂合金。以此為依據(jù)，同年德國公司既開發(fā)生產(chǎn)了鎂合金螺釘，可固定小骨骼，韓國公司研制的鈣鎂合金螺釘主要可用于骨折部位固定。我國對美基生物材料的研發(fā)也走上了新臺階，多家企業(yè)開始了動物實驗中，還有處于臨床審批階段的鎂產(chǎn)品。但是市場上的鎂材料多為螺釘，但其強度相較于傳統(tǒng)金屬材料強度較低，所以多應(yīng)用于非承重部分[2]。

3.2 發(fā)展前景

經(jīng)過前期的研究和發(fā)展，醫(yī)學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)基本掌握了鎂合金材料的性能及特點，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，鎂基材料研究也將步入新的發(fā)展階段，未來研究的主要領(lǐng)域在于控制鎂合金在人體內(nèi)的降解速度，提高其力學(xué)強度。鎂合金將在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域作為骨科的主要研究對象，推動醫(yī)學(xué)行業(yè)的發(fā)展。筆者預(yù)測未來鎂合金研究方向應(yīng)是從復(fù)合角度出發(fā)，發(fā)揮復(fù)合材料的性能優(yōu)勢，有效控制鎂合金的反應(yīng)速度，使其強度滿足人體承重范圍，還要對生物體的功能起到助推作用，優(yōu)化局部骨骼或組織的重構(gòu)過程，在生物材料不斷發(fā)展的今天發(fā)揮其優(yōu)勢和價值，為醫(yī)學(xué)治療提供有利條件。

4結(jié)束語

總而言之，鎂合金既有金屬材料的韌性，又有可降解的優(yōu)勢，可直接被人體吸收，避免傳統(tǒng)生物材料需要二次取出的局限性，而且滅菌加工環(huán)節(jié)較為方便快捷，受到了醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。但需要明確的是，鎂合金降解速度應(yīng)與組織愈合速度相吻合，而且要將其是否存在其他副作用作為研究的重點內(nèi)容。

參考文獻(xiàn)

[1] 毛金龍.鎂基生物材料表面腐殖酸涂層的構(gòu)建及腐蝕和生物相容性研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2016.

[2] 龔才華.表面有機改性鎂基生物材料的制備及生物相容性研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2016.