關(guān)節(jié)置換術(shù)是一種常見的骨科手術(shù)，主要用于治療關(guān)節(jié)疾病或關(guān)節(jié)損傷。然而，超過(guò)10%接受關(guān)節(jié)置換術(shù)的患者會(huì)因人工關(guān)節(jié)無(wú)菌性松動(dòng)而需要進(jìn)行翻修，在增加患者痛苦的同時(shí)也給他們帶來(lái)了額外的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

日前，中國(guó)科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所的研究團(tuán)隊(duì)成功在鈦金屬植入物表面制備了一種新型壓電納米纖維涂層，可以有效預(yù)防植入物無(wú)菌性松動(dòng)，降低關(guān)節(jié)置換術(shù)失敗率。相關(guān)成果發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》上。

無(wú)菌性松動(dòng)會(huì)對(duì)關(guān)節(jié)置換術(shù)造成哪些風(fēng)險(xiǎn)？新型納米纖維涂層如何預(yù)防無(wú)菌性松動(dòng)？其臨床應(yīng)用前景如何？記者采訪了相關(guān)專家。

急需降低術(shù)后翻修率

關(guān)節(jié)置換術(shù)是將人工材料制作的關(guān)節(jié)植入人體內(nèi)，使其代替病變關(guān)節(jié)發(fā)揮功能的外科手術(shù)�！盁o(wú)菌性松動(dòng)是人工關(guān)節(jié)假體在無(wú)感染且無(wú)外部創(chuàng)傷的情況下，與骨骼之間發(fā)生的松動(dòng)，是關(guān)節(jié)置換術(shù)后最常見的并發(fā)癥。它是造成關(guān)節(jié)置換術(shù)后翻修的常見原因，嚴(yán)重影響人工關(guān)節(jié)假體的使用壽命�！碧K州大學(xué)附屬第二醫(yī)院骨科副主任醫(yī)師張應(yīng)子介紹。

避免無(wú)菌性松動(dòng)發(fā)生有諸多難點(diǎn)。張應(yīng)子說(shuō)，首先，無(wú)菌性松動(dòng)在臨床上的發(fā)生不可預(yù)測(cè)。雖然有研究表明，肥胖、衰老、遺傳基因等因素與其密切相關(guān)，但這些關(guān)聯(lián)性目前尚無(wú)定論與共識(shí)。同時(shí)，因?yàn)榕R床實(shí)踐中對(duì)無(wú)菌性松動(dòng)尚無(wú)有效防治手段，所以現(xiàn)在主要采取的應(yīng)對(duì)方法仍是手術(shù)翻修。而手術(shù)翻修難度大，造成的創(chuàng)傷也較大，且術(shù)后并發(fā)癥較多，會(huì)給患者帶來(lái)沉重負(fù)擔(dān)。

目前，無(wú)菌性松動(dòng)的發(fā)病機(jī)制尚不明確。國(guó)內(nèi)外研究提出了多種發(fā)病機(jī)制理論，包括磨損微粒誘導(dǎo)骨溶解理論、微動(dòng)理論、應(yīng)力遮擋理論、高流體壓力理論、內(nèi)毒素理論和個(gè)體遺傳差異理論等。

其中，磨損微粒誘導(dǎo)骨溶解理論是當(dāng)前接受度最為廣泛的一種理論。這一理論認(rèn)為，骨植入物磨損產(chǎn)生的微小顆粒使巨噬細(xì)胞的吞噬功能異常，繼而引起破骨細(xì)胞過(guò)度表達(dá)，加劇了骨溶解，導(dǎo)致骨重建平衡被打破。骨植入物周圍過(guò)度表達(dá)的破骨細(xì)胞使得骨植入物進(jìn)一步松動(dòng)，從而產(chǎn)生更多磨損顆粒。磨損顆粒使破骨細(xì)胞進(jìn)一步被激活，導(dǎo)致無(wú)菌性松動(dòng)形成惡性循環(huán)。

“預(yù)防無(wú)菌性松動(dòng)，可以從減少人工關(guān)節(jié)假體磨損顆粒產(chǎn)生的角度入手。但這對(duì)假體的加工工藝、個(gè)性化定制水平，以及假體的應(yīng)力匹配等方面要求較高，將耗費(fèi)更多的財(cái)力人力�！睆垜�(yīng)子說(shuō)。

因此，在目前成熟的植入假體基礎(chǔ)上，開發(fā)一種具有普適性、靈活性且長(zhǎng)期有效的再加工方法，即在已有植入假體上進(jìn)行加工改造顯得尤為必要。

材料來(lái)源廣泛且成本低廉

“為了更好地應(yīng)對(duì)無(wú)菌性松動(dòng)，我們首先驗(yàn)證了磨損微粒誘導(dǎo)骨溶解理論的合理性�！敝袊�(guó)科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所研究員李舟介紹。

研究人員在大鼠股骨髓腔內(nèi)進(jìn)行了鈦金屬植入手術(shù)，并向鈦植入物附近注射鈦納米顆粒，模擬植入假體產(chǎn)生的磨損顆粒。

一段時(shí)間后，研究人員對(duì)鈦植入物周圍的新生骨進(jìn)行顯微CT掃描分析，發(fā)現(xiàn)注射鈦納米顆粒的大鼠新生骨生長(zhǎng)受到明顯抑制。這說(shuō)明磨損微粒誘導(dǎo)骨溶解理論成立，磨損顆粒會(huì)引起巨噬細(xì)胞異常吞噬，從而上調(diào)破骨細(xì)胞的骨溶解活動(dòng)，導(dǎo)致植入物周圍新生骨量較低。

成骨細(xì)胞是一種電響應(yīng)型細(xì)胞，其生長(zhǎng)增殖分化等生理活動(dòng)受電信號(hào)直接調(diào)節(jié)。“我們?cè)诖饲暗难芯恐邪l(fā)現(xiàn)，聚左旋乳酸（PLLA）是一種能將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的壓電材料。其產(chǎn)生的電信號(hào)能顯著促進(jìn)成骨細(xì)胞分化，促進(jìn)新骨再生�！崩钪壅f(shuō)。

為了加強(qiáng)這種電刺激，團(tuán)隊(duì)將唑來(lái)膦酸（ZA）作為PLLA材料加工過(guò)程中的成核劑。一方面，這樣可以提高PLLA的壓電性能；另一方面，ZA作為一種治療骨質(zhì)疏松的臨床藥物，能夠從PLLA中緩慢釋放出來(lái)，直接抑制破骨細(xì)胞的骨溶解活動(dòng)。

研究人員將這種摻雜了ZA的PLLA作為涂層，通過(guò)靜電紡絲工藝制備在植入物表面。它能夠包裹住植入物，使其在磨損時(shí)減少磨損顆粒產(chǎn)生，且疏松的納米纖維涂層有利于細(xì)胞快速長(zhǎng)入。在PLLA和ZA的協(xié)同作用下，該涂層能快速啟動(dòng)骨植入物周圍的新骨再生，并能長(zhǎng)期預(yù)防骨溶解活動(dòng)異常，起到預(yù)防植入物無(wú)菌性松動(dòng)的作用，有望大大提高關(guān)節(jié)置換手術(shù)成功率。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在磨損微顆粒存在的情況下，相比于單純的鈦金屬植入物，表面制備了PLLA/ZA涂層的植入物周圍新骨生成體積比從11.67%提高至75.06%，且新生骨中幾乎不存在成熟的破骨細(xì)胞。

新型納米涂層有利于細(xì)胞和血管浸潤(rùn)，具有生物安全性和可降解性等特點(diǎn)。而且PLLA來(lái)自可再生能源，能從植物淀粉中提取，來(lái)源廣泛、成本低廉�！斑@種涂層預(yù)防無(wú)菌性松動(dòng)效果顯著，在臨床應(yīng)用方面很有發(fā)展前景�！崩钪壅f(shuō)。

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