生物医用人工骨修复材料研究现状

朱雄卫（一作），任宏志（二作）；李宁（三作）；邓洪运（通讯）

北京市春立正达医疗器械股份有限公司 101112

1. 研究背景

人体骨组织本身有一定的再生和自修复能力，但只限于小面积的骨缺损，并且随着年龄的增长、疾病、其他因素，这种能力会有所衰退。其中，软骨是一种致密的结缔组织。关节软骨缺乏血供以及受伤后未分化的细胞难以迁移到受伤部位，所以其自身修复的能力较差。因此对于创伤、感染、肿瘤以及发育异常的个原因引起较大的骨缺损，单纯依靠骨组织自身的修复自然无法自然自愈，需要进行骨移植手术治疗。

常用人工骨修复材料分为四类，为金属材料、有机高分子材料、无机非金属材料、复合材料^[1]。

2. 人工骨修复材料分类及特点

2.1 金属材料

用于人工骨的金属材料主要材料为不锈钢、钛合金、钴基合金，此外还有贵金属、纯金属钽、铌、锆。金属材料的优点是力学强度高，缺点是可能有毒性、易腐蚀，应力遮挡效应，易造成骨质疏松^[2]。

2.2 无机非金属材料

无机非金属材料具有与天然骨良好的亲和性，可在人体内稳定存在，适合用作人体硬组织部位的替换材料。磷酸钙、生物活性玻璃是骨修复研究中常用的无机非金属材料^[3]。磷酸钙有良好的生物降解性、理想的生物相容性和骨传导性。磷酸钙表面能形成磷灰石层，与骨组织通过化学键稳定结合，进而提高与受损骨间的整合效果。

2.3 有机高分子材料

骨组织工程研究中常用的有机高分子材料，根据来源可分为天然高分子与人工合成高分子两类。其中，天然高分子包括胶原、纤维蛋白、丝素蛋白、甲壳素、透明质酸、海藻酸钠和壳聚糖等；人工合成高分子包括聚羟基乙酸（PGA）、聚乳酸（PLA）、羟基乙酸-乳酸共聚物（PLGA）和聚已内酯^[4]。胶原是天然骨中有机质的主要组成成分，具有良好的生物相容性。它能为钙盐沉积提供位点，同时还能与调控细胞矿化的蛋白相结合，促进骨基质矿化。但存在机械强度较低、降解过快等不可调控的缺陷。

2.4 复合材料

复合材料是根据材料的优缺点，将两种或以上的不同材料进行复合制得，不仅兼具组分材料的性质，还可以得到单组分材料不具备的新性能。常见的无机复合材料有：羟基磷灰石（HA）和β磷酸三钙（β-TCP）的复合，充分利用二者降解速度的不同俩调节骨修复材料的降解速度，也有利用氧化硅，氧化锌，氧化镁等于磷酸钙类复合来改善磷酸钙类材料的机械强度和生物活性^[5]。

3. 骨修复材料行业的市场现状与前景

2018年我国骨缺损修复材料行业的市场规模为39.3亿元，其中骨科骨缺损修复材料的市场规模为20.2亿元、口腔科骨缺损修复材料的市场规模为10.5亿元、神经外科颅骨缺损修复材料的市场规模为8.6亿元^[6]。在上述三个领域，骨缺损修复材料分别占相应领域高值耗材行业市场规模的7.83%、15.00%及23.89%。预计2023年我国骨修复材料行业的市场规模将达到96.9亿元，2018年至2023年的年均复合增长率为19.8%，其中骨科骨缺损修复材料行业的市场规模将达到53.4亿元，口腔科骨植入材料行业的市场规模将达到26.0亿元，神经外科颅骨缺损修复材料行业的市场规模将达到17.5亿元。由此可见，骨科骨缺损修复材料正逐渐发展成为骨科医疗器械的主流产品门类之一，骨科骨缺损修复材料领域整体已进入快速发展阶段。

近年来随着老龄化加剧、居民医疗支出增加及我国基本医疗保险覆盖率提升、临床治疗理念的更新换代，我国骨缺损修复行业的市场规模实现快速增长，但相对于总体高值耗材的市场规模而言，其占比仍然较小。

4. 国内外行业发展现状

4.1 国内发展现状

江苏阳生生物股份有限公司已经成功研发、生产具有主动修复人体骨组织缺陷的“奥邦”可吸收骨修复支架材料。修复人体骨缺损的“奥邦”可吸收骨修复支架，骨修复材料植入体内后与局部骨创面组织接触，中和缺损区pH，材料在缺损区逐步降解，释放出硅、钙、磷等离子，成为新生骨提供必要的无机原料。天津中津生物发展有限公司研发产品为牛骨制成的骨修复材料，由牛骨松质骨制备的载体与牛骨皮质骨制备的保留有骨诱导活性的粗提取物组合而成。适用于骨组织非支撑性填充，加速骨折愈合或治疗骨不连、骨缺损。杭州九源基因工程有限公司研发产品为为重组人骨形态发生蛋白质-2（rhBMP-2）和载体材料（羟基磷灰石、卵磷脂及药用明胶）组成。rhBMP-2是一种骨诱导生成因子，能诱导体内间充质干细胞定向分化为成骨细胞。奥精医疗科技股份有限公司于2011年率先在国际上研制出成分和结构均与天然人体骨组织高度相似的矿化胶原仿生骨材料。矿化胶原仿生人工骨的物质组成和微观结构均与人体自身骨组织高度相似，能够被广泛应用于骨科、口腔科、神经外科、整形外科等领域的骨缺损修复。北京益而康生物工程有限公司研发的瑞福®人工骨是以胶原分子为模板，调制钙磷盐在液相中沉积到胶原上得到的仿天然骨层片结构。产品具有良好的降解性和生物相容性，诱导自体骨生长，促进骨愈合，实现真正骨再生，同时可自行降解，减轻患者痛苦，加快康复过程。

4.2 国外发展现状

奥林巴斯泰尔茂生物材料株式会社以北里柴三郎博士为首的医学家们创立了该公司，总部位于日本东京。从事骨修复材料、胶原蛋白等生物材料与再生医疗技术的研究开发，生产销售。该公司骨科修复材料由β-磷酸三钙组成。

聚乳酸类骨科植入物主要有芬兰Bioretec公司的可吸收骨接合植入物，是由聚（L乳酸-羟基乙酸）制成，用于骨折固定、骨移植等；芬兰Inion公司的可吸收骨内固定系统，由聚（L乳酸-DL乳酸），聚（L-乳酸，三亚甲基碳酸酯）制成，包括骨板、螺钉和接骨棒等；美国Codman & Shurtleff公司的可吸收固定系统Craniosorb，由PDLA，PCL，聚对二氧环己酮PPDO，PLLA制成，用于颅面骨的重建及固定。强生的可吸收固定系统，该产品由接骨板、接骨螺钉和无孔薄板组成。由L-丙交酯-乙交酯共聚物制成。适用于颅颌面骨折内固定和身体其它部位的保护型内固定。接骨板、接骨螺钉和平头钉只可用于颅颌面骨折等低生物力学负荷部位。

史赛克的合成人工骨材料，具有独特的相互连接、超多孔结构，类似于人类排骨的骨骼。OsteoMed的同种异体移植人工骨材料，预切且易于使用，独特的可塑性和弹性。

5. 总结与展望

总而言之，骨修复材料的研究和发展趋势具有从天然到人工、从单一到复合、从简单到复杂的特点。目前国内市场处于一个快速增长的时期，市场规模逐步扩大，但国内骨缺损修复行业仍具有巨大潜力进行开发研究。国产产品随着研发力度的不断增加，已研发出一些骨修复产品，但在骨修复方面仍有一定的不足，需要不断加大研发力度，不断完善骨修复产品的丰富度。

参考文献

[1] 辛雷, 苏佳灿. 人工骨修复材料的现状与展望[J]. 创伤外科杂志, 2011, 13(3):5.

[2] 于娟. 聚羟基乙酸(PGA)的合成及性能表征[D]. 武汉理工大学, 2006.

[3] 李忠杰, 李绍波. 磷酸钙人工骨修复骨缺损的研究进展[J]. 生物骨科材料与临床研究, 2021, 18(4):5.

[4] 吴常生, 尹玉姬, 杨悦,等. 骨组织工程中大孔支架材料制备的研究[J]. 中国临床康复, 2004.

[5] 闻一新, 陈庆华, 周田华,等. 头孢他啶阳离子脂质体复合纳米羟基磷灰石/β-磷酸三钙治疗兔慢性骨髓炎的实验研究[J]. 中国修复重建外科杂志, 2013, 27(8):6.

[6] 盛丽华,谭紫媚骨修复材料市场增速近20%，人工材料为骨移植的新选择. 太平洋证券,2021.05.21.

作者简介： 朱雄卫1994.11.男 河北省邢台市沙河市 汉族 硕士研究生 一般工作人员 北京市春立正达医疗器械股份有限公司 研究方向:医疗器械