与展望
生物医学工程学杂志2006
l23(2)l442～445JBJoinedEng'"''.,'
磷酸钙生物材料固有骨诱导性的研究现状与展望*
包崇云1,2A综述张兴栋审校
1(四川大学华西口腔医学院，成都610041)
2(四川大学生物材料工程研究中心，成都610064)
摘要磷酸钙陶瓷因与骨的无机组成相似，具有良好生物相容性和骨引导性，无抗原性，被广泛应用于骨缺损
修复，但一直认为磷酸钙陶瓷是一类仅具有骨引导性，而无骨诱导性的生物活性材料.大量研究表明通过材料自身
组成和结构优化，可赋予磷酸钙陶瓷骨诱导性.本文对磷酸钙骨诱导现象发现和确证，骨诱导过程和机制，影响骨
诱导性的材料学因素和骨诱导与动物种属关系，骨诱导相关的间充质细胞来源，以及骨诱导性材料的应用研究现
状进行综述，并对磷酸钙生物材料骨诱导性及相关的研究方向予以展望.
关键词磷酸钙陶瓷骨诱导性骨缺损修复体内组织工程ResearchDevelopmentandProspectofCalciumPhosphate BiomaterialswithIntrinsicoste0inductiVity
BaoChongyun'ZhangXingdong
1(WestChinaCollegeofStamotology,SichuanUniversity,Chengdu610041,China)
2(EngineeringResearchCenterinBiomaterials,SichuanUniversity,Chengdu610064,Chi na) AbstractCalciumphosphatesceramicsarefrequentlyusedasbonesubstitutematerialsinclin icsbecausethey
aresimilartOtheboneinmineralphase,theyareofnoantigenicity,andtheyhavegoodbiocom
patibilityaswellas
excellent0ste0c0nductivity,Thequestionastowhethercalciumphosphatebiomaterialspos sess0ste0inductivity
老化电阻
hasbeendebatedforalongtime.UptOnow,extensivefundamentalstudiesandclinicalapplic ationhave demonstratedthatcalciumphosphateceramicswithspecialstructuremayinduceboneforma tioninsofttissue,In thispaperarereviewedthediscoveryandconfirmationofcalciumphosphatesceramicswithi ntrinsic
osteoinductiVity,theprocessandmechanismofosteoinduction,andtherelationshipbetwee nosteoinductivityof
calciumphosphatematerialsandanimalspecies,themesenchymalstemcellsrelatedtOosteo induction,the
applicationof0ste0inductivebiomaterials.TheresearchesdirectedtowardtOthe0ste0induc ti0nofcalcium
phosphateareprospected.
KeywordsCalciumphosphatesceramicsOste0inductivityBonedefectreparationTissue engineeringinvivo
l引言
不同原因所致各种类型骨缺损在临床上十分常
见.据不完全统计,2000年美国有123万骨修复治
疗的病人，其中骨移植的病人达到45万，耗资1200
亿；我国无确切数字，估计接受骨缺损修复的病
人每年也多达数百万例.目前，临床应用的骨替代物
局限于自体，异体，异种骨及各种异质骨替代材料.
*973计划资助项目(G1999064760)
A通讯作者.E?***********************
自体骨是最好的替代物，但以牺牲健康组织为代价,
"挖肉补疮"；异体或异种骨移植存在免疫排斥及潜
在传染疾病的可能；组织工程学的出现和发展为骨
缺损修复带来了机遇，但为模拟体内复杂的生理环
境于体外构建的活体组织，在应用于机体后是否出
现细胞的恶变或无限增殖，尚缺乏依据，至今，组织
工程化骨未被批准临床应用；各种异质骨替代材料
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应用仍是骨缺损修复的重要手段.磷酸钙陶瓷因与
骨的无机组成相似，无抗原性，具有良好生物相容性
和骨引导性，在骨缺损修复中应用最广泛.当今生物
材料发展和设计的原则是使其能充分调动机体自身
第2期包崇云等.磷酸钙生物材料固有骨诱导性的研究现状与展望愈合，康复的能力，特别是赋予材料诱导组织和器官
再生的生物功能，故固有骨诱导性磷酸钙材料及相
关因素的研究在骨缺损修复中具有特别重要的理论
和现实意义.
2磷酸钙生物材料骨诱导性
2.1磷酸钙骨诱导现象发现和确证
磷酸钙(Calciumphosphate)为钙与磷酸根离
子形成的化合物，因晶体结构及钙磷组成比(Ca/P)
不同性能有差异.Ca/P比小于1.5的磷酸盐很不稳
定，其溶解速率比新骨组织形成高很多，故它们不适
安息香乙醚于作骨代材料.临床最常应用的磷酸钙是羟基磷灰
石(Hydroxyapatite,HA)和磷酸三钙(Tricalcium合金钢密度
phosphate,TCP).HA与组成人体骨骼和牙体硬组
织的无机成分相同，且晶体微观结构类似.大量的实
验及临床应用证明,HA具有优良的生物相容性，可
饱和攻击与骨组织发生化学性结合，具有骨引导性(Osteoconduction)，即材料植入骨环境中，骨组织
能沿着植入体表面或内部孔隙攀附生长.多数文献
报道HA无骨诱导性(Osteoinduction)，即诱导间充
质细胞向成骨分化的能力.HA早在1871年由R. Waroneton制得,20世纪70年代始用于临床，成为
最常用的骨替代材料.TCP分子式Ca.(PO.),Ca/
P原子比为1.5，化学组成与HA相似，但不是机体
骨组织的矿物成分.TCP因烧结温度不同分为a一和两相，相转变温度为1120～1180℃，以下为
TCP，以上为a—TCP.在模拟体液(SBF)中,a—TCP
比~-TCP易解，比HA更易降解，在体内易被降解
吸收.Merten和Wilfarg[2~将~-TCP和a—TCP植入微型猪(Goettingerminiaturepigs,GMPs)人工胫
骨缺损区考察降解性，结果表明f}-TCP比a—TCP更易降解，降解产生的钙及磷酸根离子被周围巨噬细
硅凝胶贴膜
胞吞噬，也可被周围新生骨组织利用，刺激和促进更多新骨生成.对HA/TCP双相陶瓷,TCP的降解将
利于在陶瓷表面再形成类似针状或片状的，相对稳
定和活化的HA晶粒，产生优良的生物学效应引.
磷酸钙作为最常用的骨代材料，对其研究较为
深入.早在1911年,Wells在AchivesofInternal Medical一书中就提到：钙盐对骨发生具有促进作用.但关于磷酸钙陶瓷的大量研究，如Aoki,Hench
等的工作都集中在HA的制备及应用领域的拓广, 评价方面，并一直认为磷酸钙陶瓷是一类仅具有骨
引导性，而无骨诱导性的生物活性材料.1988年Heughebeart等【.]研究发现，没有添加任何生长因
子或活体细胞的磷酸钙陶瓷植入动物非骨部位后, 其表面形成骨样沉积物.1990年Y amasaki报道
植入狗皮下的多孔HA，其中有骨形成.1991年，张
兴栋等和RipamontiE门分别报道植入狗2月和狒
狒3,6,9月非骨部位的多孔HA中有新骨形成. 1992年,Toth和Klein均报道了磷酸钙陶瓷具有骨诱导性.之后，张兴栋研究组在中国国家自然科学基金重大项目和国家重点基础研究规划项目(973)资助下，对磷酸钙陶瓷骨诱导现象的确证，及其机理探讨作了大量深入系统的工作[8.9]，并在2000年5
月[zo3美国夏威夷举行的第六届世界生物材料大会上，主持了生物材料固有骨诱导性的专题讨论，使磷酸钙陶瓷具有骨诱导性的科学理论在国际上逐渐得到公认，同时为具有骨诱导性的磷酸钙生物材料的临床应用提供充分的依据，引导该领域的研究方向, 并为研制出拥有自主知识产权的骨诱导性骨修复材料奠定基础.
2.2磷酸钙骨诱导过程和机制
结合Urist关于骨诱导发生的三个条件:(1)有
骨诱导因子;(2)存在骨形成的前体细胞，即诱导因
子作用的靶细胞;(3)适当的成骨环境；并在大量前
期研究的基础上，张兴栋对磷酸钙(Ca—P)陶瓷诱导骨发生过程及机制提出假说.大量实验In.z2]观察到:①材料植入区血凝块形成,②血管长入及肉芽组织形成,⑧多形性细胞聚集,④成骨细胞分化及骨形成.骨诱导机制可能为:①材料对骨生长因子的吸附，提高局部浓度，诱导间充质细胞向骨前体细胞的分化,②材料提供骨形成的支架及空间,③材料降解为骨成熟提供所需的Ca,P离子.材料植入机体后, 与体液中的各种物质相互识别，吸附水，离子，蛋白
等生物分子，发生系列的物理化学，生物学反应，并
形成一个特殊的"生物修饰表面"及局部微环境，对细胞外基质，各种细胞因子，离子等生物分子的质,
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