纳米羟基磷灰石和中药结合在骨修复材料中的应用

董志红，冯 威，朱晓东

(成都大学工业制造学院，四川成都 610106)

0 引言

传统的中药在治疗骨折等骨疾病手术上有着独特的方式和显著的疗效，但其服用的方式，影响了药物的疗效，同时也使愈合时间延长，增加了患者的痛苦，尤其是在粉碎性骨折等的治疗上.随着组织工程学和仿生学的发展，模拟人体骨的结构和微观组成，采用钙—磷基生物陶瓷材料，制备和合成人工骨支架材料，在临床上发挥着越来越大的作用，并在一定程度上可克服自体骨移植的局限和异体骨移植的免疫性的制约.人体骨中主要包含的无机体系是磷酸钙体系，其主要成分是纳米羟基磷灰石(n-HA)，此外，还含有CO2－3，Cl－，F－，Na+，Mg2+等杂化离子，其中CO2－3含量较高，CO2－3可取代OH－和PO3－4的位置而形成α型或β型碳酸磷灰石(CHA).人体骨中还含有非晶态的磷酸钙(ACP)，磷酸八钙(OCP)，二水磷酸氢钙(DCPD)，磷酸氢钙(DCP)和六方碳酸钙等多种矿物相.而生物陶瓷，如生物玻璃、烧结的纳米羟基磷灰石，含有碳、硅的玻璃陶瓷等，均含有与人体相似的类骨磷灰石结构和成分［1，2］，其中，纳米羟基磷灰石(n-HA)还具有优异的生物相容性、生物活性和骨诱导性［3，4］等特点，成为类骨硬组织复合材料研究的重要课题.但是，无论是哪类硬组织修复材料，都有一定的缺点，如炎症、过敏等反应.因此，近年来，科研人员采用人工复合骨支架作为载体，合成了一系列载药的自固化骨水泥，希望在对人体骨的修复中，能达到局部给药，避免全身系统用药的毒副作用以及难进入缺乏血供病灶区的弊端.目前，临床上对西药的载入比较成熟，其主要功能是起消炎的作用，如纳米羟基磷灰石载入庆大霉素、阿贝卡星，利福平等［5－8］，其对骨髓炎和骨结核等都有显著疗效.而中药对骨折愈合及修复在临床上有显著疗效，但对骨缺损等严重疾病，单纯的中药治疗效果不显著.如果以生物材料为载体，结合中药复合来制备仿生骨，应具有很好的疗效.因为生物材料不但具有生物活性，能诱导新骨的生成，同时，中药的治愈疗效能加速新组织的再生，促进骨组织生长.例如，将羟基磷灰石骨水泥(HAC)和骨形态蛋白(BMP)复合，在植入人体初期可作为骨支架发挥骨诱导作用，而后通过缓慢降解而被新骨替代.此外，骨形态蛋白能诱导骨细胞分化、促进骨再生因子，但临床上常发现在骨的愈合中，有各种不同类型的类人骨和软组织感染症状，因此在上述复合的修复骨材料中，采用HAC/NVCM/BMP-2复合，既达到了原位成骨的目的，又起到了药物抑菌的作用，满足了临床上使用的要求［9］.

1 中药对骨折愈合的3期疗法

中药对骨折的愈合影响是多方面的，它不但能改善骨折的局部微循环，还能促进骨细胞的增值、再生及诱导成骨，从而加快骨折的愈合，提高骨细胞的活性和数量，起到改善内分泌及消炎等作用.一般而言，中医在骨折的治疗上分为3个周期，不同的周期采用的中药不同，治疗的目的也不同，这就是著名的“3期疗法”，即:在骨折的2～3周内，称血肿机化期，运用丹参、红花等活血化淤药，加速血液微循环，促进毛细血管的通透性，消除血块和血肿;在骨折的4～8周，是骨痂形成期，运用含丰富的钙盐与微量元素刺激成骨细胞分化、繁殖，利于骨质修复;在骨折的8～12周，是骨痂的改造期，运用鹿茸、枸杞子等，促进蛋白多糖合成及钙化，改善其蛋白及糖的代谢，具有强筋健骨的作用.总之，在骨折不同的间段，中医采用不同的药物来治疗，以达到最好、最快的骨愈合目的.但这种治疗方法周期长，给患者带来身体上的不适.若采用中药(如丹参、自然铜、麦饭石等)和纳米羟基磷灰石复合，不但可促进活性成骨细胞的增加和骨基质的钙化，还可起到活血化瘀等疗效，提高骨的诱导能力，从而加快骨折的愈合.

2 中药对骨修复的影响

目前，治疗骨折所用的中药主要是由几种中药复合制成.例如，三花接骨散，其采用三七、西红花、马钱子、桂皮、沉香、当归、地龙、牛膝、冰片、木香、川芎、土鳖虫、续断、骨碎补、血竭、大黄、自然铜和白芷，经粉碎过筛混合而制成.三花接骨散在促进骨折愈合过程中，能增加垂体内生长激素细胞合成，促进骨的愈合.有研究发现，患者口服三花接骨散14 d后，骨折组血清内生长激素浓度和垂体内生长激素细胞内激素含量均增高，激素的增高是促进骨折愈合的原因之一［10，11］.另外，由田七、红花、没药、当归、大黄5味中药制成的生骨液，采用直流电中药离子导入的方法，可改善骨折血液循环，加速骨痂生长，其治疗骨愈合总有效率可达100%［12］.

目前，单一的中药对骨愈合也具有非常好的疗效，本文着重阐述淫羊藿与中华麦饭石2种中药在临床上治疗骨愈合的效果.

2.1 淫羊藿

淫羊藿苷(Icariin)是一种黄酮苷，是淫羊藿的主要成分，其分子式为C33H40O15，结构上属于8-异戊烯基黄酮醇苷类化合物，其在临床上用途非常广泛，能促进骨骼生长，阻止钙质流失，促进骨细胞活性，增加钙化骨的形成，同时也能增加机体细胞的免疫功能，抵抗病原体的入侵，具有祛痰、镇静、抗病毒、抗炎等药理活性.

对淫羊藿所具有的多种功效，很多学者对其进行了详细研究.汪年松等［13］利用淫羊藿对血液透析患者细胞免疫功能状况进行研究，结果发现，淫羊藿具有调节血透患者的免疫功能.刘道德等［14，15］探讨了淫羊藿对家兔骨折愈合的影响及机制，研究发现，淫羊藿通过VEGF及TGF-β1的表达，不仅能促进血管的再生，成骨细胞及软骨细胞的增值分化，而且可提高破骨细胞的数量和活性，促进骨痂的形成和改建，对髓腔的再通发挥了重要的作用.Yap等［16］研究发现，淫羊藿能增强雌性激素的活性，可代替雌激素替代疗法.而Zhang等［17］利用切除子宫后的雌性大鼠口服淫羊霍，发现不但能使大鼠保持肠道内的钙平衡，且在骨膜内能抑制骨的吸收，刺激骨的形成.此外，采用人工合成的纳米羟基磷灰石/壳聚糖(n-HA/CS)复合制备骨诱导生物膜，具有良好的降解性和生物活性，载入淫羊霍后，可使药物局部释放，加速骨的形成，同时还具有抗菌、消炎的功效.这种载中药的复合材料，不但无毒，且生物相容性良好，有望作为软组织骨诱导再生膜、牙槽骨修复的膜材等［18］.

2.2 中华麦饭石

对人体而言，铁是合成血红蛋白的重要物质，以含铁蛋白质的形式参与氧的运转，早期促进骨痂中胶原合成，中晚期促进钙化;铜能提高赖氨酸氧化酶活性，促进胶原纤维的交联，使胶原纤维韧性增强，促进成骨细胞的活性，有利于骨基质的形成和钙磷沉积钙化，使钙磷含量增加，促进骨折愈合;锌是组成酶蛋白热处理的重要成分，能增强碱性磷酸酶活性，使核酸和蛋白合成增加，促进骨生长发育，同时对维持视觉也有特殊功能;碘是甲状腺素的原料，钴是维生素B12的原料，锰和铬都会影响生长发育等.中华麦饭石(China medical stone)是一种矿物药石，含有多种微量元素，中华麦饭石中的微量元素不仅对人体的微量元素是一个补充，且对骨愈合的治疗有着很好的疗效，且无毒副作用，并有很强的生物活性和抗菌性，是理想的微量元素补充剂和营养源之一.刘献祥等［19，20］研究了中华麦饭石对人体骨折愈合的治愈情况，发现麦饭石有利于胶原形成、骨盐沉积及提高骨的强度，在试验中，用36只家兔，从力学与生化角度观察了家兔内服麦饭石后骨折愈合的状况，结果显示，骨痂中微量元素锌、铁、锰、铜均高于对照组，胶原含量呈抛物线上升，钙含量直线上升，拉伸、弯曲破坏载荷及拉伸、弯曲强度升高.胶原的主要成分是蛋白，而氨基酸是合成蛋白的基础，氨基酸的增加，激活了成纤维细胞、成骨细胞、成软骨细胞的活性，使骨细胞在数量上及分布上都增加.骨盐决定骨的硬度，其主要成分是纳米羟基磷灰石(n-HA)，n-HA结晶受体液中的钙、磷浓度影响，一般情况下，钙、磷乘积是个定值［21］，该值越高，意味着羟基磷灰石的结晶沉积越多.中华麦饭石中含有大量钙等无机质，其中部分易被基体吸收沉积在骨痂中，加速钙盐的沉积速度，形成更多羟基磷灰石晶体.

3 结论

中医药治疗骨折，有着悠久的历史.目前尽管许多中药的治疗机理尚未清楚，但中药发挥出的疗效是毋庸置疑的.随着纳米技术、生物技术的发展，以及更多的交叉学科出现，使中医药和生物医用材料复合成为可能，并初步显示出较好的治疗效果.同时，随着检测与分析技术的不断提高，通过使用细胞生物学、分子生物学对其进行分析探讨，有望更详实了解其生物机理，在骨伤治疗中发挥出最佳的治疗效果，加速骨折的愈合和新骨的再生，为中医药的发展提供了更加广阔的空间.

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