新型纳米涂层为置换关节加“保护膜”

日前，中国科学院北京纳米能源与系统研究所的研究团队成功在钛金属植入物表面制备了一种新型压电纳米纤维涂层，可以有效预防植入物无菌性松动，降落枢纽关头置换术失落败率。
干系成果揭橥在《前辈功能材料》上。

无菌性松动会对枢纽关头置换术造成哪些风险？新型纳米纤维涂层如何预防无菌性松动？其临床运用前景如何？采访了干系专家。

急需降落术后翻修率

枢纽关头置换术是将人人为料制作的枢纽关头植入人体内，使其代替病变枢纽关头发挥功能的外科手术。
“无菌性松动是人工枢纽关头假体在无传染且无外部创伤的情形下，与骨骼之间发生的松动，是枢纽关头置换术后最常见的并发症。
它是造成枢纽关头置换术后翻修的常见缘故原由，严重影响人工枢纽关头假体的利用寿命。
”苏州大学附属第二医院骨科副主任医师张应子先容。

避免无菌性松动发生有诸多难点。
张应子说，首先，无菌性松动在临床上的发生不可预测。
虽然有研究表明，肥胖、朽迈、遗传基因等成分与其密切干系，但这些关联性目前尚无定论与共识。
同时，由于临床实践中对无菌性松动尚无有效防治手段，以是现在紧张采纳的应对方法仍是手术翻修。
而手术翻修难度大，造成的创伤也较大，且术后并发症较多，会给患者带来沉重包袱。

目前，无菌性松动的发病机制尚不明确。
国内外研究提出了多种发病机制理论，包括磨损微粒勾引骨溶解理论、微动理论、应力遮挡理论、高流体压力理论、内毒素理论和个体遗传差异理论等。

个中，磨损微粒勾引骨溶解理论是当前接管度最为广泛的一种理论。
这一理论认为，骨植入物磨损产生的眇小颗粒使巨噬细胞的吞噬功能非常，继而引起破骨细胞过度表达，加剧了骨溶解，导致骨重修平衡被冲破。
骨植入物周围过度表达的破骨细胞使得骨植入物进一步松动，从而产生更多磨损颗粒。
磨损颗粒使破骨细胞进一步被激活，导致无菌性松动形成恶性循环。

“预防无菌性松动，可以从减少人工枢纽关头假体磨损颗粒产生的角度入手。
但这对假体的加工工艺、个性化定制水平，以及假体的应力匹配等方面哀求较高，将耗费更多的财力人力。
”张应子说。

因此，在目前成熟的植入假体根本上，开拓一种具有普适性、灵巧性且长期有效的再加工方法，即在已有植入假体上进行加工改造显得尤为必要。

材料来源广泛且本钱低廉

“为了更好地应对无菌性松动，我们首先验证了磨损微粒勾引骨溶解理论的合理性。
”中国科学院北京纳米能源与系统研究所研究员李舟先容。

研究职员在大鼠股骨髓腔内进行了钛金属植入手术，并向钛植入物附近注射钛纳米颗粒，仿照植入假体产生的磨损颗粒。

一段韶光后，研究职员对钛植入物周围的新生骨进行显微CT扫描剖析，创造注射钛纳米颗粒的大鼠新生骨成长受到明显抑制。
这解释磨损微粒勾引骨溶解理论成立，磨损颗粒会引起巨噬细胞非常吞噬，从而上调破骨细胞的骨溶解活动，导致植入物周围新生骨量较低。

成骨细胞是一种电相应型细胞，其成长增殖分解等生理活动受电旗子暗记直接调节。
“我们在此前的研究中创造，聚左旋乳酸（PLLA）是一种能将机器能转化为电能的压电材料。
其产生的电旗子暗记能显著促进成骨细胞分解，促进新骨再生。
”李舟说。

为了加强这种电刺激，团队将唑来膦酸（ZA）作为PLLA材料加工过程中的成核剂。
一方面，这样可以提高PLLA的压电性能；另一方面，ZA作为一种治疗骨质疏松的临床药物，能够从PLLA中缓慢开释出来，直接抑制破骨细胞的骨溶解活动。

研究职员将这种掺杂了ZA的PLLA作为涂层，通过静电纺丝工艺制备在植入物表面。
它能够包裹住植入物，使其在磨损时减少磨损颗粒产生，且疏松的纳米纤维涂层有利于细胞快速长入。
在PLLA和ZA的协同浸染下，该涂层能快速启动骨植入物周围的新骨再生，并能长期预防骨溶解活动非常，起到预防植入物无菌性松动的浸染，有望大大提高枢纽关头置换手术成功率。

实验结果表明，在磨损微颗粒存在的情形下，比较于纯挚的钛金属植入物，表面制备了PLLA/ZA涂层的植入物周围新骨天生体积比从11.67%提高至75.06%，且新生骨中险些不存在成熟的破骨细胞。

新型纳米涂层有利于细胞和血管浸润，具有生物安全性和可降解性等特点。
而且PLLA来自可再生能源，能从植物淀粉中提取，来源广泛、本钱低廉。
“这种涂层预防无菌性松动效果显著，在临床运用方面很有发展前景。
”李舟说。

文/华凌

来源：科技日报