負載骨碎補活性成分的骨缺損修復(fù)支架材料的最新研究進展

周志妍 張曄

[摘要]?近年來，骨組織工程技術(shù)應(yīng)用于骨缺損修復(fù)逐漸受到學(xué)者重視，在支架材料中植入具有成骨作用的中藥或其活性成分成為骨缺損修復(fù)的一個重點研究方向。骨碎補及其主要成分骨碎補總黃酮、柚皮苷可促進骨組織再生，促進成骨，進而修復(fù)骨缺損。本文對負載骨碎補或其主要活性成分的支架材料在骨缺損修復(fù)應(yīng)用中的研究進展進行綜述，旨在為骨缺損的臨床治療提供理論依據(jù)。

[關(guān)鍵詞]?骨碎補；柚皮苷；骨缺損；支架材料；骨組織工程

[中圖分類號]?R782.2??????[文獻標識碼]?A??????[DOI]?10.3969/j.issn.1673-9701.2023.15.022

骨缺損指骨結(jié)構(gòu)的完整性受到破壞，造成骨缺損的原因有先天性疾病、創(chuàng)傷、感染和骨相關(guān)手術(shù)等[1]。自體骨移植是臨床治療骨缺損的金標準，但自體骨來源有限，手術(shù)過程較痛苦；異體骨移植易出現(xiàn)術(shù)后排異反應(yīng)和免疫炎癥，存在一定風(fēng)險，在大面積骨缺損修復(fù)中應(yīng)用受限。研究發(fā)現(xiàn)在支架材料中植入具有成骨作用且對骨組織具有再生作用的中藥活性成分，骨缺損修復(fù)的效果更佳[2]。

骨碎補為中醫(yī)骨傷科常用中藥，應(yīng)用于牙齒松動、筋骨折傷等疾病的治療[3]。現(xiàn)已證實，骨碎補可用于臨床抗骨質(zhì)疏松、促進骨組織修復(fù)等治療中。從骨碎補根莖中可提煉出有效成分骨碎補總黃酮（osteopractic?total?flavone，OTF），其中柚皮苷（naringin，NG）是OTF的主要活性成分，二者均可抑制炎癥因子的表達，對各種骨相關(guān)炎癥反應(yīng)發(fā)揮抑制作用[4-5]；同時，二者還對間充質(zhì)干細胞的成骨分化和成骨細胞的成骨活性、細胞分化與增殖等具有促進作用，可有效抑制破骨細胞引起的骨吸收，參與破骨–成骨改建過程[6-8]。骨碎補具有較好的成骨作用，其與支架材料復(fù)合后，具有良好的生物相容性和控釋能力，被視作較好的骨生長因子替代材料，適用于骨組織工程相關(guān)研究。本文對負載骨碎補或其主要活性成分的支架材料在骨缺損修復(fù)應(yīng)用中的研究進展進行綜述，旨在為骨缺損的臨床治療提供理論依據(jù)。

1??負載骨碎補的天然生物衍生材料

富血小板血漿通過體外周血離心獲得，其富含血小板源性生長因子、轉(zhuǎn)化生長因子等。高濃度下聯(lián)合應(yīng)用這些生長因子，可促進細胞再生，刺激成骨，促進骨折愈合，是一種良好的天然生物材料，可廣泛應(yīng)用于口腔科、骨科等領(lǐng)域[9-10]。研究發(fā)現(xiàn)富血小板血漿聯(lián)合骨碎補活性成分NG，可協(xié)同促進人骨髓間充質(zhì)干細胞的體外增殖，誘導(dǎo)成骨分化[11]。

2??負載骨碎補的人工骨材料

2.1??負載骨碎補的無機材料

羥基磷酸鈣是人及其他脊椎動物骨骼主要的無機成分，具有良好的生物相容性和骨引導(dǎo)作用，為骨的生長和形成提供良好條件[12]。研究表明，骨碎補–羥基磷酸鈣復(fù)合材料較單純使用羥基磷酸鈣具有更明顯的促骨修復(fù)作用[13]。磷酸鈣骨水泥（calcium?phosphate?cement，CPC）性質(zhì)穩(wěn)定，可降解，是骨骼系統(tǒng)負載藥物的理想載體[14]。董航等[15]在鼠骨缺損模型中發(fā)現(xiàn)，負載OTF的CPC可促誘導(dǎo)膜成骨，提示OTF可通過提高骨細胞中血管內(nèi)皮生長因子的表達，促進毛細血管網(wǎng)新生及成骨細胞分化。

2.2??負載骨碎補的有機高分子材料

2.2.1??天然高分子材料??明膠是常用的天然高分子材料，具有高親水性、高生物相容性、高生物活性、低免疫原性及低成本等優(yōu)點，是骨組織工程的理想材料[16-17]。明膠在制備納米粒子、表面涂層、復(fù)合支架中表現(xiàn)出優(yōu)異性能[18]。Wong等[19]研究發(fā)現(xiàn)，NG具有3-羥基-3-甲基戊二酰輔酶A還原酶抑制作用，可增加骨形成蛋白（bone?morphogenetic?protein，BMP）-2基因的表達。相較于自體骨移植和單獨應(yīng)用明膠，聯(lián)合應(yīng)用明膠和NG能更有效地促進骨再生，提示NG可作為骨誘導(dǎo)和骨缺損修復(fù)的安全藥物使用。殼聚糖（chitosan，CHI）可抑制傷口感染并促進傷口愈合，具有優(yōu)異的生物相容性和可降解性，在骨組織工程領(lǐng)域應(yīng)用較廣泛[20-21]。研究表明，含骨碎補的CHI溫敏凝膠對牙周組織有促進修復(fù)和再生的作用[22]。另有研究發(fā)現(xiàn)，可注射的海藻酸基修復(fù)材料與OTF聯(lián)合應(yīng)用可促進骨缺損處骨的再生，縮短創(chuàng)傷恢復(fù)時間，提高修復(fù)質(zhì)量，為中西醫(yī)結(jié)合治療骨缺損提供新思路[23]。

2.2.2??人工合成有機高分子材料??通過靜電紡絲技術(shù)制成的納米纖維膜的功能和結(jié)構(gòu)與天然細胞外基質(zhì)相似，但其孔隙率、表面積/體積比值均有所提高；當負載大分子物質(zhì)時，可利用局部控釋功能對組織進行修復(fù)[24-25]。Ji等[26]將NG包埋在聚己內(nèi)酯–聚乙二醇–聚己內(nèi)酯三元嵌段共聚物納米纖維中，可改善支架的親水性、藥物釋放行為及材料的降解速率；控釋的NG納米復(fù)合物表現(xiàn)出修復(fù)骨質(zhì)疏松性骨缺損的潛力。有文獻報道，串珠樣結(jié)構(gòu)納米纖維膜載NG較一般納米纖維膜具有更好的親和性，可有效提高釋放藥物性能的效率和降解速率[27]。

NG能夠抑制脂肪生成，且僅促進人骨髓間充質(zhì)干細胞成骨。Lavrador等[28]制作以NG為載體的甲氧基聚乙二醇-馬來酰亞胺-硫醇-聚乳酸導(dǎo)入脂肪干細胞，發(fā)現(xiàn)甲氧基聚乙二醇-馬來酰亞胺-硫醇-聚乳酸具有較高的NG包封率，可增強其對脂肪干細胞的成骨作用。細菌纖維素材料由多種微生物發(fā)酵合成，結(jié)構(gòu)和形態(tài)均與骨膠原纖維十分相似，與NG聯(lián)合使用可加速鈣鹽沉積成骨，成骨作用明顯優(yōu)于自體骨移植和單純膠原基質(zhì)移植[29]。

3??負載骨碎補的人工復(fù)合材料

3.1??骨碎補復(fù)合有機-無機材料

乳酸和羥基乙酸共聚生成高分子有機化合物聚乳酸–羥基乙酸共聚物[poly（lactic-co-glycolic?acid），PLGA]，可在人體內(nèi)代謝，最終經(jīng)呼吸和循環(huán)系統(tǒng)排出體外，PLGA常作為大分子藥物治療載體發(fā)揮作用，其控釋系統(tǒng)研究廣泛[30]。陳虹舟等[31]將制備的OTF-PLGA/CPC復(fù)合支架植入兔骨缺損處，該復(fù)合支架可促進新骨形成并加速骨愈合，OTF在PLGA微囊包裹中緩慢釋放，直接作用于骨缺損部位，達到局部穩(wěn)定的血藥濃度。Li等[32]將生物玻璃（bioglass，BG）/海藻酸鈉可注射水凝膠與瓊脂糖/NG水凝膠相結(jié)合，形成模型材料NG-BG水凝膠并植入骨缺損處，發(fā)現(xiàn)注射用NG-BG水凝膠可提高NG的生物有效性。阿侖膦酸鹽（alendronate，ALD）是一種雙膦酸鹽類藥物，可有效阻止破骨細胞的吸收和分化，是一種重要的骨吸收抑制劑[33]。朱必濤[34]制備PLGA+明膠/ALD/NG復(fù)合載藥支架，置于SD大鼠顱骨骨缺損處，ALD和NG協(xié)同作用，從成骨細胞和破骨細胞兩方面促進骨再生。相較于單載藥復(fù)合支架，共載藥復(fù)合支架可有效促進成骨基因BMP-2的表達，骨修復(fù)效果更佳。

β-磷酸三鈣是一種合成的促骨生物材料，常用于改善骨置換的成骨特性[35]。申震等[36]將β-磷酸三鈣與有機化合物復(fù)合制成β-磷酸三鈣支架，并負載OTF，形成緩釋微球；將該復(fù)合支架植入大鼠骨缺損中，發(fā)現(xiàn)OTF/β-磷酸三鈣支架能上調(diào)轉(zhuǎn)化生長因子-β的表達，對大段骨缺損有良好的促愈合作用。綜上，該方法通過改善OTF的給藥方式，提高成骨效能，為臨床應(yīng)用提供實驗依據(jù)。

3.2??骨碎補復(fù)合天然-無機材料

膠原（collagen，COL）存在于結(jié)締組織中，與羥基磷酸鈣一同構(gòu)成天然骨骼的重要成分，具有優(yōu)良的生物學(xué)特性[37]。研究表明，以納米羥基磷酸鈣（nano-hydroxyapatite，n-HA）、膠原復(fù)合材料作為藥物載體負載NG，合成的NG-nHA/COL的化學(xué)結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能均達到理想狀態(tài)[38]。NG-HA/COL支架能夠增強人牙髓干細胞的增殖能力和成骨分化潛能[39]；另一復(fù)合支架NG-CHI/HA在一定程度上可加速新骨生長，促進骨缺損的愈合[40]。Lai等[41]將NG負載到表面包覆CHI層的二氧化鈦納米管中，構(gòu)建鈦表面藥物控釋系統(tǒng)，這一結(jié)構(gòu)可增強成骨細胞的擴散、增殖、礦化，提高堿性磷酸酶活性，進一步加強生物相容性和生物降解性。

明膠甲基丙烯酰水凝膠是骨組織工程應(yīng)用中最有前途的支架材料之一，具有優(yōu)異的化學(xué)調(diào)節(jié)性和生物相容性及體內(nèi)外骨再生潛力。國內(nèi)學(xué)者將NG與明膠甲基丙烯酰、COL聯(lián)合，分別制成NG緩釋和暴釋的水凝膠納米棒結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，該復(fù)合材料能促進大鼠骨髓間充質(zhì)干細胞的生長和成骨分化，且暴釋型NG效果更顯著[42]。Chen等[43]將梔子苷元、明膠、磷酸三鈣混合物與規(guī)定濃度的NG混合，形成的復(fù)合材料應(yīng)用于兔顱骨，發(fā)現(xiàn)新骨形成活躍，具有良好的成骨活性。

絲素蛋白（silk?fibroin，SF）是一種機械強度高、可降解、生物相容性好且易處理的天然生物高聚物[44]。Zhao等[45]發(fā)現(xiàn)NG可促進骨髓間充質(zhì)干細胞向SF/HA支架內(nèi)生長，促進成骨分化。

3.3??新型負載骨碎補相關(guān)復(fù)合材料

天然鮭魚卵磷脂富含單不飽和脂肪酸和多不飽和脂肪酸，主要是亞麻酸（ω-3）和亞油酸（ω-6），這些物質(zhì)在防止骨吸收、增加體內(nèi)骨量的同時，可發(fā)揮骨保護作用[46-47]。Elkhoury等[48]制備全天然生物活性納米復(fù)合水凝膠，該水凝膠由NG負載鮭魚衍生的納米脂質(zhì)體構(gòu)建塊組成，并嵌入到光交聯(lián)凝膠網(wǎng)絡(luò)中，可安全地應(yīng)用于骨組織工程。黃俊波等[47]將NG制備成緩釋藥物，將其與膠原蛋白、凹凸棒石復(fù)合制成負載NG的凹凸棒石/膠原蛋白的3層復(fù)合支架，結(jié)果顯示構(gòu)建的復(fù)合支架具有良好的成型特點、較高的孔隙率和生物相容性，NG可發(fā)揮控釋效果，能更好地促進骨形成。

綜上，如何較好地修復(fù)大面積骨缺損的骨組織是當前臨床治療的一大難題，需面臨取材困難、骨來源有限、手術(shù)痛苦等限制。骨組織工程將生命科學(xué)和材料科學(xué)等學(xué)科特性相結(jié)合，在修復(fù)骨缺損治療策略的制定中發(fā)揮重要作用。將中藥及其活性成分負載于支架材料中，二者聯(lián)合組成藥物復(fù)合支架材料，已應(yīng)用于口腔、骨科、心血管等醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，是骨組織工程未來發(fā)展的重要方向。

多項研究證明，骨碎補具有促進骨髓間充質(zhì)干細胞和成骨細胞增殖、分化的作用，可抑制破骨細胞生長，參與骨改建。將骨補碎或其主要活性成分OTF、NG加載于支架材料中，是臨床治療骨缺損較好的策略。本文對不同支架材料特性分析后發(fā)現(xiàn)，與天然生物材料相比，人工復(fù)合材料與多種材料復(fù)合后的生物學(xué)性能和孔隙率均有所提高，較單純?nèi)斯げ牧媳憩F(xiàn)出更理想的降解率、生物相容性。

目前，關(guān)于負載骨碎補的支架材料研究仍停留在初期階段，臨床療效尚不明確，需在許多方面進行改進。但與傳統(tǒng)口服骨碎補相比，負載骨碎補的支架材料可有效避免低生物利用率和首過消除效應(yīng)；同時負載中藥有效活性成分的支架材料對修復(fù)骨缺損比單純支架材料效果更優(yōu)，可有效縮短愈合時間，具有一定的臨床應(yīng)用前景。

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