GeneX可吸收人工骨粉在骨科疾病中的应用研究进展▲

廖 贵 韦继勇 刘会江 黄宗贵 顾容赫

(南宁市第一人民医院脊柱外科,广西南宁市 530022)

【提要】 GeneX可吸收人工骨粉是一种新型的骨替代移植物,具有可吸收、支撑性强、骨传导性良好和可诱导成骨等优点,近年来被逐渐应用于骨科疾病的治疗。本文就GeneX可吸收人工骨粉在骨科疾病中的应用效果、并发症及作用机制做一综述,以期为其临床应用提供参考。

骨质疏松症是常见的老年性疾病,其发生率与年龄增长密切相关,由骨质疏松症引起的骨折即为骨质疏松性骨折,已成为我国的公共健康问题[1]。目前骨质疏松性骨折主要的治疗方式为手术治疗[2-3],常用的手术方式为骨折切开复位内固定+植骨融合术,或以聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate,PMMA)骨水泥为填充物的经皮椎体成形术(percutaneous vertebroplasty,PVP)与经皮椎体后凸成形术(percutaneous kyphoplasty,PKP)。骨折切开复位内固定+植骨融合术可以恢复骨折部位的稳定性,为骨折的愈合提供良好的条件,但其存在手术创伤大、取骨部位手术损伤、需要二次手术取出固定装置等缺点。以PMMA骨水泥为填充物的PVP或PKP可以快速恢复骨折部位的稳定性,有效缓解患者疼痛,有利于患者的早期康复,但PMMA骨水泥与人体组织不兼容,可加剧骨质流失,增加临近椎体或椎间盘的应力而导致临椎骨折[3-5]。GeneX可吸收人工骨粉是一种可吸收的新型骨替代材料,其不仅以独特的带负电荷的化学表面技术激发细胞自身活性,以驱使骨形态发生蛋白(bone morphogenetic protein,BMP)在局部聚积,还可以模拟人体松质骨的微孔结构,从而诱导成骨并加速新骨生成,具有良好的骨传导性能和较好的生物兼容性[6-7]。本文就近年来GeneX可吸收人工骨粉在骨科疾病中的应用效果、并发症及作用机制进行综述。

1 GeneX可吸收人工骨粉治疗骨科疾病的优势

GeneX可吸收人工骨粉的主要成分为半水硫酸钙与β-磷酸三钙,是一种新型的骨替代移植物,其在骨科疾病的治疗中具有一些独特的优势[7-10]:(1)GeneX可吸收人工骨粉的降解速度介于磷酸钙骨水泥与硫酸钙骨水泥之间,在体内12个月左右可完全被吸收并被新骨取代,有利于后期翻修或者二次手术;(2)GeneX可吸收人工骨粉具有极佳的生物兼容性,对机体的排异反应较小,可低温聚合,凝结时间为10～15 min,与PMMA骨水泥的凝结时间相近,但其与固化液发生水化反应时无明显放热,避免了PMMA骨水泥因水化反应放热而引起邻近组织和/或神经元热损伤的风险;(3)GeneX可吸收人工骨粉具有优越的骨传导能力,可模拟人体松质骨的微孔结构,为骨质生长提供良好的血运,增强机体自身的愈合能力,在降解过程中起介质传导的作用,可有效重建骨正常结构;(4)GeneX可吸收人工骨粉具有理想的骨诱导能力,其采用Z电位控制技术,可吸引BMP附着于创伤处,为骨质生长提供优越的微环境;(5)GeneX可吸收人工骨粉的抗压强度是人体松质骨的3倍,在凝固后可进行金属螺钉的早期固定;(6)GeneX可吸收人工骨粉可操作性强,既能通过注射填充,也可根据不同的骨缺损形态进行塑形填塞;(7)GeneX可吸收人工骨粉具有良好的载体功能和较强的显影效果,能够作为局部用药的载体,且价格相对合理。

2 GeneX可吸收人工骨粉在骨科疾病中的应用效果

2.1 GeneX可吸收人工骨粉在四肢骨折中的应用效果 GeneX可吸收人工骨粉最开始应用于骨肿瘤剜除术后骨缺损区域的填充,具有较好的疗效[6],随着研究的深入,其在四肢骨折中的应用也越来越广泛。占允中等[11]采用动力髋螺钉(dynamic hip screw,DHS)和防旋钉结合GeneX可吸收人工骨粉植骨治疗老年股骨转子间骨折患者,发现GeneX可吸收人工骨粉可增强DHS和防旋钉的把持力,增加骨折端稳定性,从而利于患者术后早期功能锻炼,促进骨折愈合。Shin等[7]采用GeneX可吸收人工骨粉联合防旋股骨近端髓内钉(proximal femoral nail antirotation,PFNA)治疗老年骨质疏松性股骨转子间骨折患者,发现使用GeneX可吸收人工骨粉可降低不稳定骨折的滑动距离,改善螺旋叶片的控制滑动,促进骨折愈合。Sung等[9]采用GeneX可吸收人工骨粉联合PFNA治疗不稳定性股骨转子间骨折患者,发现使用GeneX可吸收人工骨粉可降低刀片滑动和内翻塌陷的发生率。臧学慧等[12]采用GeneX可吸收人工骨粉联合钢板固定术治疗骨质疏松性肱骨近端骨折患者,结果显示患者术后骨折愈合良好,未出现明显移位、塌陷及排异反应。陶鹏飞等[13]采用GeneX可吸收人工骨粉填充治疗SchatzkerⅡ型胫骨平台骨折,发现其疗效与自体骨填充治疗相当,且GeneX可吸收人工骨粉在预防关节面塌陷、缩短手术时间、减轻术后疼痛等方面更具优势。上述研究表明,GeneX可吸收人工骨粉具有良好的稳定性能及支撑作用,在四肢骨折中的应用效果较好。

2.2 GeneX可吸收人工骨粉在脊柱骨折中的应用效果 骨质疏松症可引发椎体压缩性骨折,治疗方法包括保守治疗与手术治疗。但是长期卧床、口服止痛药等保守治疗的疗效并不确定,还有可能导致骨质流失、肌肉萎缩、骨折不愈合等并发症的发生;传统手术方法则难以确定内固定物是否可对骨质疏松椎体起到固定作用[14-18]。研究表明,椎体成形术可明显缓解椎体压缩性骨折患者的疼痛,恢复椎体高度,目前已成为骨质疏松性椎体压缩性骨折和溶骨性椎体转移瘤的常规治疗手段[19]。椎体成形术中需填充PMMA骨水泥以恢复椎体高度,但易引起骨水泥渗漏及相邻椎体再骨折,且PMMA骨水泥在体内不能降解,不能被新生自体骨取代,影响患者预后、功能恢复及生活质量[14,19]。GeneX可吸收人工骨粉具有良好的可吸收性、成骨性,以及稳定的支撑力,近年来逐渐被应用于椎体压缩性骨折患者的治疗。动物实验研究表明,在骨质疏松性椎体骨折小牛模型的治疗中,GeneX可吸收人工骨粉具有与PMMA骨水泥相似的支撑作用及支撑强度[20]。王健等[21]通过3D成像模拟技术发现,GeneX可吸收人工骨粉既可以重建骨折椎体的高度,又不增加相邻节段椎间盘的应力,其具有良好的支撑力度及与正常椎体相似的机械力学稳定性。洪庆南等[8]应用椎体后凸成形术联合GeneX可吸收人工骨粉治疗椎体压缩性骨折患者,可有效恢复骨折椎体的高度,快速减轻患者疼痛,且作用时间持久。此外,GeneX可吸收人工骨粉还可以对与骨折椎体相邻的椎体进行预防性强化,降低临近椎体再发骨折率[22]。占蓓蕾等[23]将GeneX可吸收人工骨粉作为椎体成形术中的植骨材料治疗胸腰椎爆裂性骨折患者,不仅可恢复骨折椎体的高度及减少Cobb角的丢失,还可减少因爆裂性骨折复位后的空壳现象和骨性愈合的发生,同时其吸收时间与新骨生成时间相同。这提示GeneX可吸收人工骨粉具有良好的生物相容性及诱导新骨形成的能力。杨惠光等[24]发现,采用GeneX可吸收人工骨粉结合短节段椎弓根内固定治疗骨质疏松性骨折伴真空征患者,可增强固定钉的稳固性。张树芳等[25]在离体的小牛腰椎标本上利用GeneX可吸收人工骨粉强化椎弓根螺钉,结果显示GeneX可吸收人工骨粉可显著提高骨质疏松椎体的椎弓根固定强度。综上所述,GeneX可吸收人工骨粉具有良好的支撑力度、可吸收性及诱导新骨形成能力,可减轻骨质疏松椎体压缩性骨折患者的疼痛,有效恢复骨折椎体的高度,并可预防相邻椎体再骨折的发生,强化内固定治疗效果。

2.3 GeneX可吸收人工骨粉治疗骨科疾病相关并发症 GeneX可吸收人工骨粉治疗骨科疾病常见的并发症包括无菌性炎症、伤口愈合延迟、局部疼痛、炎症性囊性形成、骨水泥渗漏、远期支撑力不足等[6,10,26-29]。GeneX可吸收人工骨粉导致无菌性炎症的原因可能是其再吸收过程中硫酸钙成分液化,而导致炎症细胞侵袭,一般经过保守治疗即可痊愈。骨水泥渗漏是椎体成形术较常见的并发症,可能与骨水泥本身的流动性及骨折处的骨缺损类型有关,而高黏度的GeneX可吸收人工骨粉,或序贯性使用GeneX可吸收人工骨粉和PMMA骨水泥对骨质疏松性椎体压缩性骨折患者的伤椎进行填充,可有效减少骨水泥渗漏的发生率[28-29]。

3 GeneX可吸收人工骨粉的作用机制

研究表明,GeneX可吸收人工骨粉可提高骨折部位BMP-2及血管内皮生长因子的mRNA和蛋白的表达量,加快骨缺损部位成骨及新生血管的形成速度,增强骨缺损修复能力,同时具有良好的组织相容性,可通过刺激相关细胞因子对成骨细胞活性产生促进作用[30-35]。Yang等[35]的研究结果显示,GeneX可吸收人工骨粉可通过相关通路刺激细胞因子的产生,诱导骨缺损处细胞及组织的再生。洪庆南等[8]发现,GeneX可吸收人工骨粉填充的区域可形成微酸性的生物环境,以促进血管和成骨细胞的生长,且其能有效地减少纤维组织的包绕填充。上述研究表明,GeneX可吸收人工骨粉能为骨生成提供良好的微环境,加速骨形成。

4 小结与展望

GeneX可吸收人工骨粉作为一种新型的骨替代材料,具有可吸收、支撑性强、骨传导性良好和可诱导成骨等优势,其在骨肿瘤剜除术后骨缺损填充、脊柱压缩性骨折填充支撑及四肢骨折辅助固定等方面具有较好的临床应用前景,但也存在一些缺陷,如中远期支撑力效果欠佳、诱导成骨的长期效果不明,以及治疗中发生骨水泥渗漏、周边组织液化等并发症等。因此,今后可进行多中心、大样本量的临床随机对照试验,进一步证实GeneX可吸收人工骨粉在骨科疾病中的疗效,密切随访并记录其治疗过程中并发症的处理方式,并延长临床随访时间,观察其中远期的支撑力效果。此外,应探讨GeneX可吸收人工骨粉在不同骨折部位的成骨性能及具体机制,并制订更加规范、科学、合理的治疗标准及方案。