功能型骨支架研究进展

临床上大段骨缺损患者日益增多，主要病因包括高能量创伤、大面积感染、骨肿瘤清除术后等，如何对其进行有效的填充及修复是临床骨科的热点和难点。

目前自体骨移植仍为骨缺损治疗的金标准。自体骨具有良好的组织相容性及成骨活性，且不会引起免疫排斥反应，但自体骨移植受到诸多限制，如供给部位骨量有限，手术区域及手术时间增加，存在取骨处感染、术后不适等并发症。

MacEwen于1880年在临床上进行同种异体骨移植并获得成功，但其可引起免疫排斥反应且临床效果不尽如人意。直到上世纪60年代，Herndon等采用冷冻法对同种异体骨进行处理，使其免疫原性明显下降，随后同种异体骨移植才广泛开展。同种异体骨较自体骨来源丰富，照射或冷冻干燥等处理可降低其免疫原性，但在一定程度上会导致活细胞组分消失及骨诱导性、力学强度降低，且它的制备、处理、存储成本较大，使得同种异体骨的应用有一定局限性。

随着组织工程技术的发展，越来越多的人工合成骨支架被研发出来并广泛应用。人工合成骨支架供应量不受限制、生物相容性较好且无免疫原性，近年来已被视为常规骨缺损填充物的潜在替代品。人工合成骨支架除了良好的生物相容性外，应具备骨诱导性（骨支架材料本身或支架中含有的生长因子可募集间充质细胞并诱导其分化为成骨细胞）、骨传导性（骨支架的三维结构和多孔基质使骨组织能沿着其表面或内部孔隙攀附生长）和成骨性（骨支架中新生成的成骨细胞能进一步矿化及形成新的骨外基质能力）。

对此，许多学者通过改变支架理化性质、在支架中添加成骨补充剂等方式增强骨支架的骨诱导性；调整骨支架孔隙率和孔隙结构，以增强骨支架的骨传导性；将骨髓间充质干细胞和脂肪干细胞等种子细胞与骨支架复合，经骨诱导后分化为成骨细胞，并进一步矿化及形成骨外基质，以增强骨支架的成骨性。

，仅具有上述特性的骨支架并不能完全满足临床需求，理想的骨支架不但能修复骨缺损，还能预防或治疗导致骨缺损的原发性疾病如感染、结核、肿瘤等，此类骨支架称为功能型骨支架。功能型骨支架除具有良好的骨诱导性、骨传导性及成骨性外，还应具有以下功能：能准确作用于局部感染灶中的常规致病菌或结核杆菌，达到预防或治疗的目的；在骨肿瘤清除术后，能对局部可能残留的肿瘤细胞有杀伤或抑制生长作用，从而起到辅助化疗的作用。

抗感染性骨支架

严重的开放性骨折或清创处理不当可导致骨感染发生，进而引起骨髓炎，最终造成炎性骨缺损形成。对于严重骨折患者，即使对骨折及周围软组织进行正确处理，也会有10%的患者最终发展成慢性骨髓炎。常规治疗骨髓炎的方法为口服或静脉周期性给药，这会造成血清中药物浓度及感染灶药物生物利用度的波动，使得病灶区域难以达到有效药物浓度。，长期大剂量使用抗生素会引起耐药菌种产生，从而导致治疗困难，甚至治疗失败。而在感染灶局部使用抗生素，却可以在减少全身用药量、降低药物毒性不良反应的提高治疗效果。

Rottger等提出在骨水泥中加入抗生素的可能性，选用庆大霉素作为缓释药物，将其与骨水泥相混合，进行体内外实验。但该方法的缺陷为：药物释放过快，作用时间过短，抗感染效果不佳；载药性骨支架周围药物浓度过高，影响周围细胞的生存。

近年来研究显示，装载抗生素的高分子骨支架如聚左旋乳酸（PLLA）、聚乳酸-羟基乙酸共聚体（PLGA）、聚乙二醇（PEG）、聚己内酯（PCL）等能有效延长药物释放时间。研究显示，装载有多西环素的PLGA可持续释放药物长达42d。在体外细菌培养实验中，该支架对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌有良好的抗菌活性。这种能在感染灶长期稳定释放大剂量抗生素且不会引起全身不良反应的骨支架正是临床所需要的。通过调节骨支架材料本身的结构参数和理化性质也可使药物释放时间延长。

Su等设计了一种新型双相磷酸钙盐α-磷酸三钙（α-TCP）/羟基磷灰石（HA）骨支架并将其作为庆大霉素载体治疗骨髓炎，在体外释放试验中该支架可缓慢释放最低抑菌浓度的庆大霉素直至实验结束（30d）。磷酸钙材料具有良好的骨诱导性，能诱导间充质细胞分化，而α-TCP/HA骨支架通过结合两种磷酸钙材料优化其孔隙结构和理化性质，使其具备良好的骨传导性，延长药物释放时间。

银离子对革兰氏阳性菌和阴性菌有良好的杀菌作用，也广泛用于抗感染性骨支架的研究中。应用纳米技术将银离子装载至PEG与辛基苯基聚氧乙烯醚（TritonX-100）复合支架后，支架材料不仅有广泛的抗菌谱，而且力学性能也得到很大提升。抗微生物肽对于细菌、病毒和真菌都有良好的防御作用，也成为抗感染性骨支架缓释药物的热门选择。Wang等将抗微生物肽整合入PCL与壳聚糖复合支架中，结果显示其对表皮葡萄球菌有优良的抗菌作用。

抗结核性支架

随着流动人口的快速增长及耐药性结核分枝杆菌的出现，结核病作为全球卫生问题仍具有严峻挑战。根据世界卫生组织报道，约有1/3的世界人口有过结核分支杆菌感染，且每年约有100万新感染病例的出现，其中约有1%～3%为骨关节结核患者。目前治疗结核的主要方法为多种药物联合化疗，一般疗程为成人9个月、儿童12个月，给患者带来了巨大的生理及经济负担。抗结核药物的全身性长时间使用会产生很大的毒性不良反应，骨结核治疗尤其如此，抗结核药物在局部病灶的浓度过低，存在时间短，导致最终疗效往往不理想。为此，学者们利用载有抗结核药物的骨支架对骨结核病灶进行清创填充，该类支架在清除病灶的能在局部长时间地释放抗结核药物，达到治疗骨结核的目的，有效避免了全身性药物使用所带来的毒性不良反应。

结核病的多药物联合治疗使得抗结核性骨支架的制备难度加大。如何进行多药物负载并达到程序性药物释放的目的是目前研究的重点。ZHu等将利福平与异烟肼装载入介孔二氧化硅，在β-磷酸三钙（β-TCP）表面形成涂层，这种涂层可持续释放异烟肼和利福平，维持局部药物浓度高于最低抑菌浓度长达42d;动物实验显示其在病灶局部对结核分枝杆菌有效杀灭的不引起明显的肝肾毒性不良反应。

3D印刷技术的发展，也为了骨支架的设计和制造提供了新方向。利用3D印刷技术将PLLA制成4层同心圆筒，进而成骨构建一种新型多药物程序性缓释系统，然后将常规抗结核药物按照异烟肼-利福平-异烟肼-利福平的序列分别放置入不同层面。体外释放试验表明，该类骨支架可有序地从内部向外部释放异烟肼和利福平，形成多药联合治疗。该类骨支架有效解决了多药物程序性释放的问题，但仍需进一步的体内实验验证其治疗骨结核的作用。它同样可广泛用于需要多种药物联合治疗的骨缺损疾病。

，目前研制的抗结核性骨支架还未达到临床需求。，针对结核分枝杆菌的多药物联合治疗常需3或4种药物联合，而目前抗结核性骨支架只能达到联合2种药物；，抗结核治疗疗程常需6～12个月，现有的抗结核性骨支架药物释放时间远不能满足该需求。