骨质疏松治疗有望应用新技术

陈莎莎+王国付

当前，骨质疏松症日渐成为影响老年人健康的社会问题。骨质疏松症的发病率已经跃居世界各种常见病的第7位。我国骨质疏松症的发病率约为6.6%，总患病人数达6000万～8000万，居世界之首，男女患病率之比约为1：2～3。骨质疏松性骨折是骨质疏松症的严重后果，其中以椎体压缩性骨折为最常见，骨折后愈合过程减缓、外科治疗的难度加大，临床疗效降低，而且再次发生骨折的风险明显增大。

骨质疏松导致骨质疏松性压缩骨折在老年人中最常见。目前骨质疏松性骨折的治疗方法包括保守疗法和手术疗法。保守疗法包括卧床休息、药物镇痛、支具外固定等。无论哪一种治疗方法，都需要与抗骨质疏松治疗相结合，才能从根本上提高骨量及骨强度，减少再次骨折的发生率。手术疗法有开放性手术和微创手术。目前应用和报道比较多的是微创手术的方法，特别是经皮椎体形成术与经皮椎体后凸成形术。这两种手术有一定的疗效，但也存在不少并发症，比如骨水泥渗漏、相邻椎体的再骨折、术后肺栓塞等，对这些并发症发生的原因及其预防的研究目前仍较薄弱。

好消息是，纳米技术、3D打印技术等在骨质疏松骨折治疗中应用有望成为解决以上这些问题的新的手段。

什么是纳米技术

纳米技术是用单个原子、分子制造物质的科学技术，研究结构尺寸在0.1至100纳米范围内材料的性质和应用。它的最终目标是直接以原子或分子来构造具有特定功能的产品。这种既不同于原来组成的原子、分子，也不同于宏观物质的特殊性能构成的材料，即为纳米材料。材料在纳米尺度下会突然显现出与它们在宏观情况下很不相同的特性，这样可以使一些独特的应用成为可能。例如，不透明的物质变为透明（铜）、惰性材料变成催化剂（铂）、稳定的材料变得易燃（铝）、在室温下的固体变成液体（金）、绝缘体变成导体（硅）。

纳米技术领域近年来发展迅速，进而形成了新型的纳米医学，一种诊断、治疗、预防疾病和保护及改善人类健康的科学与技术。当前纳米技术的研究和应用主要在材料和制备、微电子和计算机技术、医学与健康、航天和航空、环境和能源、生物技术和农产品等方面。用纳米材料制作的器材重量更轻、硬度更强、寿命更长、维修费更低、设计更方便。

纳米技术的发展使制造适合靶向治疗各种骨疾病的纳米材料成为可能。例如，利用纳米技术可以提升钙补充剂的生物活性，进而减少骨质疏松的发生。纳米的羟磷灰石晶体增加了羟磷灰石晶体补充剂在骨质疏松中的应用。体内实验显示纳米的羟磷灰石可以在骨的初始愈合阶段促进新生骨的形成。另外，纳米技术对新的骨替代物的研究、生物电子学如生物感应器、超敏诊断系统、可控性药物传输系统等技术的发展有显著的影响。

纳米技术改良骨水泥

临床上通过手术如经皮椎体成形术（PVP）和经皮椎体后凸成形术（PVP）治疗骨质疏松性压缩骨折常用到骨水泥。PMMA是一种标准的骨水泥，因其具有调制简便、价格便宜、生物力学性能良好、快速的凝固时间、较好的可注射性等特点而被应用于临床。但是，它也存在不能在体内生物降解，过高的硬度和较高的固化温度导致的热坏死，没有直接的骨附着，潜在的单体毒性作用，需要加入助显剂等缺点，从而可能造成各种术后并发症。为提升生物兼容性和理化特性，如成骨细胞粘附性、机械强度、硬度、弯曲强度、断裂韧度和固化温度等，目前正在应用纳米技术进行实验从而改良这些特性。

钙磷酸盐水泥（CPC）是另外一种用于治疗骨质疏松的骨水泥。CPC在固化的过程中具有较低的热反应，在避免骨坏死方面具有更好的优势。CPC也具有更好的生物兼容性和与骨骼更类似的结构。然而，其严格的注射条件以及较低的机械强度限制了它的临床应用。研究表明，在CPC中加入二氧化硅纳米颗粒后，其表现出更好的成骨细胞增殖能力以及更高的机械强度和抗压强度。

3D打印技术治疗骨质疏松

3D打印属于快速成形技术的一种，它是一種以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层堆叠累积的方式来构造物体的技术（即“积层造形法”）。

3D打印的设计过程是：先通过计算机辅助设计或计算机动画建模软件建模，再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面。打印机通过读取文件中的横截面信息，用液体状、粉状或片状的材料将这些截面逐层地打印出来，再将各层截面以各种方式粘合起来从而制造出一个实体。这种技术的特点在于它几乎可以造出任何形状的物品。

现在，3D打印技术是启用于许多组织再生，如骨再生、心脏组织再生、牙齿再生、软骨再生等。3D打印在骨组织工程中的应用有望治疗骨质疏松导致的骨丢失和骨折。

利用3D打印技术制备的骨组织再生支撑结构，可以模拟细胞外基质的特性，如机械支持、细胞活动、蛋白产生等，并且为体内细胞粘附和刺激组织再生提供模板。三维支架可以根据最终需要模拟的成分对应用的材料、层厚、连接成分、机械特性、嵌入的细胞、尺寸等进行调整。

3D打印技术的产生对骨组织工程的发展是一个极大的促进。最初，合成物只能被制成单一均质层，但是3D打印技术制备的三维支架可以培养干细胞，并且可以产生骨样结构，同时还可以加入生长因子，例如加入骨形成蛋白、血管内皮因子去支持细胞的生长。

随着研究的深入，纳米复合材料与3D打印技术的结合应运而生。如何应用于治疗骨质疏松，研究者正积极进行标准化的程序、参数以及特殊纳米材料的合成方法与应用的研究。endprint