Mg-Li-Gd合金与不锈钢髓内针植入固定大鼠股骨环形半缺损的比较

doi:10.12307/2025.894

中国组织工程研究 ›› 2025, Vol. 29 ›› Issue (34): 7261-7268.doi: 10.12307/2025.894

• 组织工程骨材料 tissue-engineered bone • 下一篇

Mg-Li-Gd合金与不锈钢髓内针植入固定大鼠股骨环形半缺损的比较

王景帅1，张晓彤2，张彦歌1，万泽东1，孔令伟1，曹海营1，金宇1

1承德医学院附属医院，河北省承德市 067000；2承德医学院，河北省承德市 067000

收稿日期:2024-08-12 接受日期:2024-10-16 出版日期:2025-12-08 发布日期:2025-01-17
通讯作者: 金宇，主任医师，承德医学院附属医院创伤骨科，河北省承德市 067000
作者简介:王景帅，男，1993年生，河北省唐山市人，汉族，承德医学院在读硕士，主治医师，主要从事复杂骨折及骨缺损修复方面的研究。
基金资助:
河北省自然科学基金资助项目(可降解生物医用金属 C2022203003)

Comparison of Mg-Li-Gd alloy and stainless steel intramedullary nail for fixation of femoral annular hemi-defects in rats

Wang Jingshuai1, Zhang Xiaotong2, Zhang Yange1, Wan Zedong1, Kong Lingwei1, Cao Haiying1, Jin Yu1

1Affiliated Hospital of Chengde Medical University, Chengde 067000, Hebei Province, China; 2Chengde Medical University, Chengde 067000, Hebei Province, China

Received:2024-08-12 Accepted:2024-10-16 Online:2025-12-08 Published:2025-01-17
Contact: Jin Yu, Chief physician, Affiliated Hospital of Chengde Medical University, Chengde 067000, Hebei Province, China
About author:Wang Jingshuai, Master candidate, Attending physician, Affiliated Hospital of Chengde Medical University, Chengde 067000, Hebei Province, China
Supported by:
Natural Science Foundation of Hebei Province, No. C2022203003

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：

Mg-Li-Gd合金：是一种镁基合金，其中主要合金元素为锂(Li)和钆(Gd)，这类合金因轻质和优异的机械性能而备受关注，常用于航空航天和汽车等需要轻量化和高强度材料的领域。
骨矿化：是指骨组织中矿物质的沉积过程，主要包括钙和磷酸盐的沉积，使骨骼变得坚硬并具有结构强度。骨矿化过程对于骨骼的发育、维持和修复至关重要。

背景：随着骨科植入物需求的增加，寻找具有良好生物相容性和降解性能的材料成为研究热点。Mg-Li-Gd合金具有良好的降解性、生物相容性与力学性能，为骨折愈合提供了理想的支持条件。

目的：评估Mg-Li-Gd合金植入物对大鼠骨愈合的影响。
方法：在28只SD大鼠右侧股骨中段外侧制作环形半缺损模型，随机分2组处理：不锈钢组使用不锈钢髓内针进行内固定，镁合金组使用Mg-Li-Gd合金髓内针进行内固定，每组14只。术后2，8，14周，进行右侧股骨X射线片与Micro-CT检查，以及右侧股骨苏木精-伊红染色、免疫组化染色与Western Blot检测。

结果与结论：①X射线片：术后2周，两组截骨线均清晰，镁合金组髓内针密度与骨组织密度相接近，不锈钢组髓内针密度高于骨组织；术后8周，两组截骨线均已模糊，镁合金组髓内针已发生腐蚀降解；术后14周，两组截骨线均已消失，镁合金组髓内针进一步腐蚀降解。②Micro-CT：术后2周，两组骨痂开始形成；术后8周，不锈钢组进入骨痂重塑阶段，骨缺损部位形成较为致密的骨结构，镁合金组骨缺损部位呈现明显的骨痂增生；术后14周，不锈钢组表现为成熟的骨重塑过程，骨缺损部位形成厚实的皮质骨，镁合金组形成较薄的皮质骨。③苏木精-伊红染色：术后2周，镁合金组可见大量成骨细胞、骨细胞和少量的破骨细胞及骨小梁结构，不锈钢组可见相对较少的成骨细胞和骨细胞；术后8周，镁合金组可见大量成骨细胞、骨细胞及成熟骨小梁结构，不锈钢组可见大量骨细胞及板状骨；术后14周，镁合金组可见板状骨，不锈钢组可见成熟的骨组织。④免疫组化染色与Western Blot检测：相同时间点下，镁合金组骨形态发生蛋白2、骨钙素和RUNX2蛋白表达均高于不锈钢组。⑤结果表明，相较于不锈钢材料，Mg-Li-Gd合金在促进骨折愈合结构形成方面无明显优势。

https://orcid.org/0009-0006-0692-6498 (王景帅)

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料；口腔生物材料；纳米材料；缓释材料；材料相容性；组织工程

关键词: 镁合金, 骨缺损, 生物相容性, 可降解材料, 骨愈合, Mg-Li-Gd合金, 股骨环形半缺损模型, 骨矿化

Abstract: BACKGROUND: With the increasing demand for orthopedic implants, the search for materials with good biocompatibility and degradability has become a research hotspot. Magnesium-lithium-gadolinium (Mg-Li-Gd) alloy has good degradability, biocompatibility, and mechanical properties, providing ideal supporting conditions for fracture healing.
OBJECTIVE: To evaluate the effects of Mg-Li-Gd alloy implants on bone healing in rats.
METHODS: A circular half-defect model was made on the lateral side of the right mid-femoral segment in 28 SD rats, and the rats were randomly divided into two groups. The stainless steel group was fixed with a stainless steel intramedullary nail, and the magnesium alloy group was fixed with an Mg-Li-Gd alloy intramedullary nail, with 14 rats in each group. At 2, 8, and 14 weeks after surgery, right femur X-ray and Micro-CT examinations, as well as hematoxylin-eosin staining, immunohistochemical staining, and western blot assay were performed.
RESULTS AND CONCLUSION: (1) X-ray film: At 2 weeks after surgery, the osteotomy lines of both groups were clear, the density of the intramedullary nail in the magnesium alloy group was close to that of bone tissue, and the density of the intramedullary nail in the stainless steel group was higher than that of bone tissue. At 8 weeks after surgery, the osteotomy lines of both groups were blurred, and the intramedullary nail in the magnesium alloy group had corroded and degraded. At 14 weeks after surgery, the osteotomy lines of both groups disappeared, and the intramedullary nail in the magnesium alloy group further corroded and degraded. (2) Micro-CT: At 2 weeks after surgery, callus began to form in both groups; 8 weeks after surgery, the stainless steel group entered the callus remodeling stage, and a relatively dense bone structure was formed at the bone defect site, and the magnesium alloy group showed obvious callus hyperplasia at the bone defect site. At 14 weeks after surgery, the stainless steel group showed a mature bone remodeling process, and thick cortical bone was formed at the bone defect site, and thinner cortical bone was formed in the magnesium alloy group. (3) Hematoxylin-eosin staining: At 2 weeks after surgery, a large number of osteoblasts, osteocytes, a small number of osteoclasts and trabecular structures were observed in the magnesium alloy group, while relatively few osteoblasts and osteocytes were observed in the stainless steel group. At 8 weeks after surgery, a large number of osteoblasts, osteocytes, and mature trabecular structures were observed in the magnesium alloy group, while a large number of osteocytes and lamellar bones were observed in the stainless steel group. At 14 weeks after surgery, lamellar bones were observed in the magnesium alloy group, while mature bone tissue was observed in the stainless steel group. (4) Immunohistochemical staining and western blot assay: At the same time point, the expression levels of bone morphogenetic protein 2, osteocalcin, and RUNX2 proteins in the magnesium alloy group were higher than those in the stainless steel group. (5) The results showed that compared with stainless steel materials, Mg-Li-Gd alloy had no obvious advantage in promoting the formation of fracture healing structure.

Key words: magnesium alloy, bone defect, biocompatibility, degradable material, bone healing, Mg-Li-Gd alloy, femoral annular hemi-defect model, bone mineralization

中图分类号:

王景帅, 张晓彤, 张彦歌, 万泽东, 孔令伟, 曹海营, 金宇. Mg-Li-Gd合金与不锈钢髓内针植入固定大鼠股骨环形半缺损的比较[J]. 中国组织工程研究, 2025, 29(34): 7261-7268.

Wang Jingshuai, Zhang Xiaotong, Zhang Yange, Wan Zedong, Kong Lingwei, Cao Haiying, Jin Yu. Comparison of Mg-Li-Gd alloy and stainless steel intramedullary nail for fixation of femoral annular hemi-defects in rats[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2025, 29(34): 7261-7268.

图/表（结果） 10

2.1 实验动物数量分析实验选用28只SD大鼠，实验过程中有2只大鼠(不锈钢组与镁合金组各1只)因麻醉过量死亡，最后进入结果分析26只，不锈钢组与镁合金组各13只。
2.2 大鼠切口愈合与肢体活动情况术后可见大鼠切口愈合情况良好，无感染或红肿，周围皮肤无肿胀、淤血或异常变色，右下肢无明显的错位或移位，关节活动度正常，无僵硬或异常反应。
2.3 各组大鼠右侧股骨X射线片检查结果术后不同时间两组大鼠右侧股骨X射线片，见图2。术后2周，两组截骨线均清晰，髓内针直径与骨髓腔直径匹配良好，其中镁合金髓内针的密度与骨组织密度相接近，不锈钢髓内针的密度则远高于骨组织，同时也观察到了由于镁合金降解而产生的氢气腔。术后8周，两组截骨线均已模糊，无明显差别，其中镁合金髓内针已发生腐蚀降解，氢气腔消失。术后14周，两组截骨线均已消失，镁合金髓内针进一步腐蚀降解，未观察到氢气腔。

2.4 各组大鼠右侧股骨Micro-CT扫描结果术后不同时间两组大鼠右侧股骨Micro-CT扫描图像，见图3a。术后2周，不锈钢组呈现骨折愈合的早期阶段，骨痂开始形成；镁合金组表现出类似的早期骨愈合迹象，骨痂也开始形成。术后8周，不锈钢组进入骨痂重塑阶段，骨组织逐步填充骨缺损部位，形成较为致密的骨结构，股骨直径保持较为稳定；镁合金组呈现明显的骨痂增生，股骨中段直径显著大于不锈钢组，骨痂结构相对较为疏松。术后14周，不锈钢组呈现较为成熟的骨重塑过程，骨组织趋于稳固，骨痂完全填补了骨缺损部位，形成厚实的皮质骨；镁合金组股骨体积进一步增加，骨直径显著大于不锈钢组，但皮质骨较薄，骨缺损处依然存在纤维性组织连接的痕迹，而非完全成熟的骨组织。
随着时间推移，镁合金髓内针逐渐降解。术后2周，镁合金组髓内针体积减少明显，不锈钢组髓内针体积无显著变化；术后8-14周，镁合金组髓内针残留体积显著减少(图3b)。根据腐蚀率曲线显示，镁合金髓内针降解速率在前8周较快，而在后续时间段有所减缓(图3c)。

术后不同时间两组大鼠股骨缺损部位Micro-CT参数比较，见表1。相同时间下，镁合金组骨密度、骨体积分数、骨小梁数量、骨小梁厚度均低于不锈钢组(P < 0.05，P < 0.001，P < 0.000 1)，骨小梁间距均大于不锈钢组(P < 0.05，P < 0.01)。
2.5 各组大鼠右侧股骨苏木精-伊红染色结果术后不同时间各组大鼠右侧股骨骨缺损部位苏木精-伊红染色结果，见图4。术后2周，镁合金组可见大量的成骨细胞、骨细胞及少量的破骨细胞、骨小梁结构，不锈钢组可见相对较少的成骨细胞和骨细胞，骨小梁结构相较于镁合金组未见明显变化。术后8周，镁合金组可见大量的成骨细胞、骨细胞，可见成熟的排列较规则的骨小梁结构，骨小梁周围有活跃的成骨细胞；不锈钢组可见大量的骨细胞及红染的板状骨。术后14周，镁合金组可见红染的板状骨，不锈钢组可见经骨重塑的成熟骨组织。

2.6 各组大鼠右侧股骨免疫组化染色结果术后不同时间两组大鼠股骨缺损部位骨形态发生蛋白2免疫组化染色结果，见图5。骨形态发生蛋白2主要表达于成骨细胞中，定量分析结果显示镁合金组术后2，8周的骨形态发生蛋白2表达高于不锈钢组(P < 0.001，P < 0.01)。术后不同时间两组大鼠股骨缺损部位骨钙素免疫组化染色结果，见图6。骨钙素主要表达于成骨细胞和骨细胞中，定量分析结果显示镁合金组术后2，8周的骨钙素表达高于不锈钢组(P < 0.05，P < 0.000 1)。术后不同时间两组大鼠股骨缺损部位RUNX2免疫组化染色结果，见图7。RUNX2主要表达于成骨细胞中，定量分析结果显示镁合金组术后2，8周的RUNX2表达高于不锈钢组(P < 0.000 1，P < 0.01)。

2.7 各组大鼠右侧股骨Western Blot检测结果 Western Blot检测结果显示，相同时间下，镁合金组骨缺损部位的骨钙素、骨形态发生蛋白2与RUNX2蛋白表达均高于不锈钢组(P < 0.01，P < 0.001，P < 0.000 1)，见图8-10。

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引言

骨折创伤在现代医学中仍然是一个严重的健康问题，尤其随着全球人口老龄化趋势的加剧，骨折患者的数量持续增加[1]。由于骨折部位、损伤机制及骨折类型的多样性[2]，给临床治疗带来了巨大的挑战。目前，内固定手术已成为治疗不稳定骨折和非手术治疗失败骨折的主要方法[3]。
骨折愈合是一个复杂的过程，通常需要使用内固定物来提供必要的支持条件，确保骨骼恢复正常的功能和结构。目前临床上常用的内固定材料如不锈钢和钛合金[4]，虽然具有优异的力学性能和良好的生物相容性[5]，但它们也存在显著不足，这些材料是惰性金属，无法在人体内降解吸收，长期植入可能引发炎症反应和潜在的过敏反应[6]；钛和不锈钢的弹性模量远高于人体骨骼(天然皮质骨的弹性模量为5-20 GPa)[7]，导致“应力遮蔽”效应，进而引起局部骨质流失和骨质疏松[8]；在骨折愈合后通常需要接受二次手术取出内固定物，这增加了手术风险、经济负担和术后恢复时间[9]。
近年来，镁合金作为一种可降解内固定材料引起了广泛关注。早在20世纪初，镁合金就曾被引入骨科领域，但由于降解速度过快且不稳定限制了其临床应用[10]。镁合金在体内降解时通过与体液中的水发生反应生成镁离子和氢气，氢气以气泡形式生成，逐渐扩散到周围组织中并最终被吸收或代谢排出体外[11]。随着材料科学和冶金技术的发展，研究人员通过在镁合金中加入锂(Li)和钆(Gd)等元素成功改善了镁合金的力学性能和生物相容性，同时延缓了其降解速度[12]。Li的添加有效降低了合金的密度，提高了比强度和韧性[13]，使得Mg-Li-Gd合金在承载生物负载时表现出优越的力学性能。Gd元素能起到去除合金熔融体中杂质的作用，改善镁合金的腐蚀行为。另外，Gd合金化能够形成含有Gd2O3的致密钝化膜，减缓腐蚀速率，减弱α-Mg基体与其他第二相之间的电偶腐蚀[14-15]。新型Mg-Li-Gd合金的降解速度更符合骨组织的生长速度，为骨折愈合提供了理想的支持条件，展示出巨大的临床应用潜力[16]。
为了进一步验证Mg-Li-Gd合金在骨科内固定中的应用潜力，此次研究通过动物实验评估Mg-Li-Gd合金髓内针对大鼠骨愈合的影响，希望为其临床应用提供新的理论依据。中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料；口腔生物材料；纳米材料；缓释材料；材料相容性；组织工程

材料方法

1.1 设计随机对照动物实验，统计数据比较采用多因素方差与独立样本t检验。
1.2 时间及地点实验于2023年11月至2024年6月在承德医学院附属医院中心实验室完成。
1.3 材料
1.3.1 实验动物 9周龄雄性SD大鼠28只，体质量360-400 g，由北京华阜康生物科技股份有限公司提供，许可证号：SCXK(京)2019-0008。无病害适应性圈养1周。动物的饲养和实验方案遵守中国实验动物管理条例(卫生部第 55号文件)和承德医学院动物实验指南，饲养于SPF级别笼舍，所供应饲料及垫料均经过辐照灭菌。实验方案得到承德医学院附属医院伦理委员会批准，批准号：CYFYLL2023105。
1.3.2 实验器械 Mg-Li-Gd合金由燕山大学亚稳材料国家重点实验室提供，其中镁、锂和钆的质量分数分别为83%，8%，9%。不锈钢髓内针(一次性无菌骨牵引针)由天津丰翼医疗器械有限公司成产，注册号为：津械注准20192040113，规格型号为：1.5 mm×250 mm(带刻度)。在使用前对所有的髓内针进行了高温高压灭菌处理。
1.4 实验方法
1.4.1 制备Mg-Li-Gd合金髓内针将Mg-Li-Gd合金铸锭在300 ℃下进行固溶处理24 h，以提高合金的均匀性和性能。固溶处理后去除表面的氧化层，随后放入挤压筒中垂直插入挤压杆。为确保材料均匀受热，在加热前对样品施加了2 MPa的预压力，挤压过程中的参数为：温度300 ℃、挤压速度2 mm/s、挤压比(表示挤压坯料横截面积与挤压后横截面积之比)为25∶1。经过挤压后得到直径为Ф10 mm、长度为1 000 mm的合金棒材，冷却后拆除挤压筒，取出合金棒材。将Ф10 mm×1 000 mm的合金棒材切割成段，精加工至1.5 mm直径、长度1.5 mm的Mg-Li-Gd合金髓内针。
1.4.2 实验造模与分组干预取28只SD大鼠，在右侧股骨中段外侧面建立长约4 mm、深度为1 mm(约为股骨直径的1/2)的环形半缺损模型，采用随机数字表法随机分为不锈钢组(n=14，使用不锈钢髓内针进行内固定)与镁合金组(n=14，使用Mg-Li-Gd合金髓内针进行内固定)。股骨外侧中段位置方便统一骨缺损的位置、大小，可避开主要的神经和血管，易于骨缺损模型的建立，同时最大程度地避免损伤其他周围组织。

吸入异氟烷麻醉大鼠(诱导浓度：2%-5%，维持浓度：0.25%-4%)，麻醉过程注意保暖并时刻关注大鼠状态。右侧膝关节及大腿备皮，乙醇消毒，无菌中单覆盖(图1a)；于股骨中段处作2.5 cm横行切口，钝性分离肌肉，暴露股骨中段(图1b)；用圆锯在股骨中段造一长4 mm、深1 mm的骨缺损，用医用生理盐水冲洗骨缺损面(图1c)；将皮肤切口拉至膝关节内侧，钝性分离皮肤、韧带，暴露关节囊，将髌骨向外侧脱位，暴露股骨髁(图1d)；用电钻将1.5 mm髓内针从股骨髁间窝钻入打孔，将髓内钉插入股骨髓腔内，直视下固定骨折，术中见髓内钉直径适宜，骨折位置稳定。剪除股骨远端髓内钉外露部分，复位髌骨，屈伸膝关节以确保断面不影响关节活动(图1e)；逐层缝合肌肉、筋膜和皮肤(图1f )。术后允许大鼠自由活动，正常进食、饮水。术后肌注16×104 U青霉素3 d预防感染。术后密切监测大鼠切口愈合与肢体运动情况。

1.4.3 X射线片检查术后2，8，14周，吸入异氟烷麻醉大鼠后行右股骨X射线(数字化医用X射线摄影系统，北京佳信汇雄科技有限公司，HX-100P)检查，拍摄条件：70 kV、50 mA、曝光时间40 ms，评价骨折愈合情况及髓内针降解。

1.4.4 Micro-CT扫描术后2，8，14周，完成X射线检测后每组3个时间点分别随机选取4，4，5只大鼠处死，取右侧股骨，剔除股骨周围肌肉及软组织，通过Micro-CT扫描(高分辨快速活体Micro-CT，美国Bruker Corporation公司，Bruker Micro-CT SkyScan 1276)观察骨折区域形态及骨痂塑形，参数设置：电源电压 55 kV，电源电流 200 μA，滤波器 AI 0.25 mm，像素大小 6 μm，旋转角度 0.3°。使用NRecon软件对图像进行三维重建，分析骨密度、骨体积分数、骨小梁间距、骨小梁数量、骨小梁厚度；根据植入后植入物体积的减少计算植入物体内腐蚀率，腐蚀率=(V0-Vt)/At[17]，其中Vt是最终植入体积，V0是初始植入体积，A是初始植入表面积，t是植入时间。
1.4.5 苏木精-伊红染色术后2，8，14周，将股骨标本于体积分数10%中性甲醛溶液中固定1周，用15%EDTA脱钙处理，每 5 d 更换1次脱钙液，至针刺无阻力通过为止。流水冲洗过夜，梯度乙醇脱水，二甲苯透明，常规石蜡包埋，切片(厚度为5 μm)，进行苏木精-伊红染色，光镜下观察新骨组织学形态。
1.4.6 免疫组化染色术后2，8，14周，制作股骨组织切片(步骤同上)，使用2×柠檬酸于高压锅中高温高压修复3 min，使用体积分数3%过氧化氢室温孵育20 min，以去除内源性过氧化物酶活性。使用3%牛血清白蛋白于37 ℃孵育30 min，加入一抗(骨形态发生蛋白2、骨钙素和RUNX2，购自北京索拉博科技有限公司，稀释比例均为1∶200)于4 ℃孵育过夜，清洗后加入HRP标记的相应二抗于37 ℃孵育1 h，再次清洗后滴加DAB显色液显色，进行苏木精染色和脱水透明化处理，光镜下观察成骨蛋白骨形态发生蛋白2、骨钙素和RUNX2在骨折区域的分布及表达。使用Image J软件量化免疫组化染色吸光度值。
1.4.7 Western Blot检测术后2，8，14周，取股骨缺损部位组织，加入组织裂解液进行匀浆处理，15 000 r/min离心15 min后取上清液，使用BCA蛋白定量试剂盒(货号：G2026，Servicebio)定量蛋白浓度。将蛋白加载于SDS-PAGE上并进行转膜，在37 ℃下用5%脱脂奶粉封闭膜3 h，与一抗(骨形态发生蛋白2，稀释比1∶2 000；骨钙素，稀释比1∶5 000；RUNX2，稀释比1∶2 000)在4 ℃下孵育过夜。用含0.05% Tween 20的Tris缓冲盐水洗膜，与HRP标记的二抗(稀释比1∶5 000，货号：G1213，Servicebio)室温下孵育2 h，用增强化学发光系统进行显色。使用Image J 软件对目标带进行扫描和分析。
1.5 主要观察指标两组大鼠股骨缺损部位X射线片、Micro-CT检测、苏木精-伊红染色、免疫组化染色与Western Blot检测结果。
1.6 统计学分析应用 Prism 9软件进行统计处理。实验数据都以x±s表示，经正态性和方差齐性检验后，Micro-CT 检测数据及免疫组化数据比较采用多因素方差分析；Western Blot检测数据比较采用独立样本t检验。P < 0.05 表示差异有显著性意义。文章统计学方法已经承德医学院生物统计学专家审核。

讨论

此次实验选择了含Li(8.25%)、Gd(9.1%)的Mg-Li-Gd合金作为植入材料，主要基于其优异的生物力学和降解性能。与传统镁合金相比，Mg-Li-Gd合金的密度更低，并且弹性模量(3.038 GPa)与骨组织(0.5-20 GPa)接近，可减少应力屏蔽效应，从而提供更自然的力学支撑[7]；此外，Li和Gd的添加提高了合金的机械强度和耐腐蚀性，使其降解更加可控。
此次实验在全负荷环境下建立的大鼠股骨环形半缺损髓内钉内固定模型中测试Mg-Li-Gd合金的生物相容性、降解行为及对骨愈合的影响[18]，结果显示植入Mg-Li-Gd合金金髓内针的大鼠均存活，表明Mg-Li-Gd合金具有良好的生物相容性。苏木精-伊红染色结果显示，Mg-Li-Gd合金与骨组织接触面未出现炎症、出血或坏死，术后2周X射线片显示氢气腔的形成，至术后8，14周氢气腔逐渐消失，推测与Mg-Li-Gd合金表面形成致密的氢氧化镁膜减缓降解速率有关[19]，该吸收过程与Micro-CT检测结果中的Mg-Li-Gd合金腐蚀速率变化一致。镁合金在体内降解时产生的氢气对骨折愈合具有双重影响，适量的氢气可促进成骨细胞的活性，通过激活Kelch样ECH相关蛋白1-核因子E2相关因子2信号通路来抑制自噬水平，从而对抗细胞应激，进而提高生物相容性和骨愈合效果[20]；然而过量的氢气释放会产生压力，引起骨再生的一些机械干扰，从而阻碍骨折愈合[21]。因此，合理控制镁合金的降解速率和氢气释放是实现骨愈合过程动态平衡的关键。
Mg-Li-Gd合金的降解行为表现出初期较快、后期逐渐减缓的特点。X射线片和Micro-CT扫描结果显示，Mg-Li-Gd合金的降解速率与骨生长进程较为匹配，术后14周时骨缺损部位修复完成，髓内针基本降解，仅留有少量残渣，这一降解动态特性使得负荷逐步转移至新生骨组织，避免了植入物的长期干扰；前8周内该组局部骨痂增生和成骨细胞活跃，表明Mg-Li-Gd合金降解速率与骨生长过程较为协调。
Mg-Li-Gd合金在降解过程中不仅释放镁离子，同时还释放Li离子和Gd离子，这两种离子可能对骨愈合产生积极影响。镁离子已被广泛研究，其在骨组织再生过程中能够通过增强成骨细胞活性和刺激骨愈合蛋白表达来促进骨形成[22]。研究表明，Li离子能够通过调控Wnt/β-catenin信号通路促进成骨细胞的分化，进一步加速骨骼再生；此外，Li离子还具有血管生成作用，能够促进新生血管的形成，为骨愈合提供丰富的血液供应和营养，从而提升组织修复速度和质量[23-24]。Gd离子作为一种稀土元素，不仅可以改善合金的力学性能，使其在体内降解过程中表现出更好的稳定性，还能够通过调控蛋白激酶B/糖原合成酶激酶-3β信号通路促进人骨髓间充质干细胞的成骨分化，间接促进骨愈合过程[25-26]。Mg-Li-Gd合金在降解过程中释放的Mg、Li和Gd离子对骨愈合的促进作用，通过成骨相关蛋白(如骨形态发生蛋白2、骨钙素和RUNX2)高表达得到了进一步验证。然而在术后14周的Micro-CT检测图像中，观察到镁合金组骨折部位出现纤维连接现象，相较于不锈钢组的骨小梁间距增大、骨小梁数量减少，显示出在促进骨折愈合结构形成方面并未优于不锈钢组。苏木精-伊红染色结果显示，尽管镁合金组的成骨细胞数量较多，但钙和磷酸盐的沉积受到抑制，导致成熟骨细胞数量较少[27-29]，可能是由于高浓度胞外Mg离子在成骨愈合晚期阶段影响了间充质干细胞在成骨分化过程中的基因表达，从而抑制了骨矿化[30-31]，也可能与镁合金过快降解及局部pH值升高有关，进而影响了成熟骨细胞的增殖和附着[32-34]。
未来应进一步探讨氢气吸收机制及降解产物对机体的长期影响。各种表面修饰技术，如羟基磷灰石电沉积涂层或聚乳酸-羟基乙酸共聚物喷涂[35]，正被探索用于调控合金的降解速率，并改善合金在成骨细胞矿化等骨形成关键步骤中的表现。通过持续优化材料设计、调控降解速率，并采用表面修饰技术，有望提升镁合金在骨修复中的应用效果。
综上所述，Mg-Li-Gd合金作为一种新型可降解植入材料，展现了良好的生物相容性和适宜的降解特性，虽然在早期愈合阶段该合金能促进成骨蛋白的表达，但是在骨矿化过程中表现出一定的抑制作用，导致其在骨折内固定中的应用效果不佳。所以，通过改良合金的构成与配比、表面修饰技术等方法来提高镁合金实际应用效果将是下一步的研究重点。中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料；口腔生物材料；纳米材料；缓释材料；材料相容性；组织工程

Mg-Li-Gd合金与不锈钢髓内针植入固定大鼠股骨环形半缺损的比较

Comparison of Mg-Li-Gd alloy and stainless steel intramedullary nail for fixation of femoral annular hemi-defects in rats

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