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Mg-Zn-Ca合金的体外降解行为

兰伟伟, 于耀东, 黄棣, 陈维毅

中国组织工程研究 2024, 28 (5): 717-723. DOI: 10.12307/2024.263

摘要（351）

PDF （2399KB）（180）

文题释义：

Mg-Zn-Ca合金：是由镁、锌和钙等元素组成的合金，轻质、强度高，同时具有良好的生物相容性及生物活性，已被广泛应用于生物医学领域，如医疗器械和骨科和心血管等植入物。在Mg-Zn-Ca合金中，锌和钙的含量可以根据具体的应用需求进行调整，以达到最佳的性能和工艺可行性。
体外降解：是指材料在体外环境下分解或分解成较小的分子或物质的过程。在医疗领域中，体外降解测试通常将生物可降解材料暴露在模拟体液环境中以模拟其在人体内的降解过程。测试过程中，对样品进行定期取样，分析其降解产物的类型和浓度，以评估材料的降解速度、降解产物的安全性和可代谢性等指标。体外降解测试结果对于评估生物可降解材料的生物相容性和生物可降解性非常重要。

背景：鉴于人体复杂的生理环境，目前降解实验中使用的模拟生理体液种类繁多，因此分析Mg-Zn-Ca合金在不同模拟体液中的降解行为具有重要意义。

目的：研究Mg-Zn-Ca合金在不同模拟体液中的降解过程和性能变化，明确Ca含量和模拟体液种类对合金的影响。
方法：采用熔融挤压成型工艺制备含钙质量分数分别为0.2%，0.5%，1%的Mg-Zn-Ca合金，依次命名为Mg-Zn-0.2Ca、Mg-Zn-0.5Ca、Mg-Zn-1Ca合金，以Mg-Zn合金作为对照。将每种合金分别置于3种模拟体液(生理盐水、PBS和Hank’s液)中，对合金降解过程中的形貌、成分变化、质量损失、pH值及力学性能等进行表征分析。

结果与结论：①随着降解时间的延长，4种合金表面生成了大量的纳米级片层和柱状结构，主要成分是MgO和Mg(OH)2，4种合金在生理盐水中的降解速度最快，在Hank’s液中的降解速率最慢，在生理盐水中的降解速率快慢为：Mg-Zn < Mg-Zn-0.2Ca < Mg-Zn-0.5Ca < Mg-Zn-1Ca，在PBS和Hank’s液中的降解速率快慢为：Mg-Zn < Mg-Zn-0.2Ca≈Mg-Zn-0.5Ca < Mg-Zn-1Ca；②随着降解时间的延长，4种合金都有一定的质量损失，其中在生理盐水中降解最快，在Hank’s液和PBS中降解缓慢，并且在相同模拟体液中，随着合金中钙含量的增加，合金的腐蚀速率明显加快；③4种合金降解环境pH值的上升主要集中在1 d内，之后趋缓，在PBS中的pH值上升幅度较其他两种模拟体液大，并且在相同模拟体液中，随着合金中钙含量的增加，降解环境pH值上升显著；④在初始状态下，各Mg-Zn-Ca合金的弹性模量均高于Mg-Zn合金；置于模拟体液中后，随着降解时间的延长，4种合金的弹性模量均有所降低，其中在生理盐水中降低最明显；⑤结果显示，Ca加入改善了Mg-Zn合金的力学性能，少量Ca不会加快合金的降解速率，但过量Ca加快了合金的降解速率，降解过程中生理盐水模拟体液对合金力学强度的影响最显著。

https://orcid.org/0000-0003-3510-227X(兰伟伟)

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

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人体大隐静脉桥外膜戊二醛交联对其生物力学特性的影响

方颖, 刘长城, 顾承雄, 于洋, 李振峰, 许欢明, 陈端端

中国组织工程研究 2019, 23 (2): 226-231. DOI: 10.3969/j.issn.2095-4344.0690

摘要（421）

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文题释义：

戊二醛交联：戊二醛中的羰基可与胶原纤维氨基酸中的氨基反应，主要与赖氨酸和羟赖氨酸形成共价化学键，将纤维单体转变成网格状的纤维多聚体。戊二醛交联作用可改变组织的机械特性，主要表现为纤维硬度增加，抵抗纤维旋转能力增加，进而增加组织的拉伸强度和柔韧性，降低组织的延展性。

内膜增生：大隐静脉桥内膜增生主要涉及静脉壁的内膜和中层，包括平滑肌细胞的增殖和迁移、细胞外基质在内膜层的沉积。暴露于动脉系统后，薄弱静脉壁所承受的灌注压力由大约10 mm Hg骤增至100 mm Hg，持续的搏动压力启动了静脉桥压力损伤相关的病理重构过程，该病理过程逐渐进展导致内膜增厚。

背景：薄弱的静脉壁是冠状动脉旁路移植术后大隐静脉桥病变的诱发因素之一。

目的：探讨人体大隐静脉桥外膜戊二醛交联对血管生物力学特性的影响。

方法：收集冠状动脉粥样硬化性心脏病患者冠状动脉旁路移植术后剩余的大隐静脉40段，随机分A、B组，每组20段，将A组中的每段大隐静脉分成2小段，其中一段采用0.3%戊二醛溶液交联5 min，另一段不交联(对照)；将B组的每段大隐静脉分成2小段，其中一段采用0.3%戊二醛溶液交联10 min，另一段不交联(对照)。采用荧光显微镜及扫描电镜观察交联前后的血管壁微观形态；利用单轴拉伸测试检测交联前后血管的应力-应变关系、杨氏模量及破坏强度。

结果与结论：①荧光显微镜：与对照血管相比，交联血管的Ⅰ型胶原纤维呈明显压缩改变，密度显著增大，管腔面结构未见明显差异；②扫描电镜：对照血管外膜表面胶原纤维呈现典型的波浪状疏松排列，交联血管外膜表面胶原纤维呈现致密的网状排列；③单轴拉伸测试：与对照血管比较，交联5，10 min血管的应力-应变曲线明显左移，并且在高应变区(延展率为1.3-1.5)杨氏模量显著增加(P < 0.05)；与交联5 min血管比较，交联10 min血管的应力-应变曲线明显左移，并且在高应变区(延展率为1.3-1.5)杨氏模量显著增加(P < 0.05)；交联5，10 min血管的破坏强度高于对照血管(P < 0.05)；④结果表明：血管外膜戊二醛交联增加了大隐静脉血管壁强度，降低了其延展性。

ORCID: 0000-0001-5138-556X(方颖)

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

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可吸收挤压螺钉关节镜下置入固定自体腘绳肌重建前交叉韧带

银毅，孙官军，王志强，彭旭，疗伟

中国组织工程研究 2016, 20 (43): 6465-6471. DOI: 10.3969/j.issn.2095-4344.2016.43.012

摘要（451）

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文题释义：
可吸收挤压螺钉：具有良好的可降解性能，由聚乳酸材料加工而成，置入体内12-18个月后，100%降解成乳酸(人体新陈代谢产物)，再经过一系列的生物化学反应，最后降解成为二氧化碳和水，排出体外，术中使用之后患者无需进行二次手术，且材料具有良好的生物相容性，不会导致不良反应的出现。
前交叉韧带：又称前十字韧带，位于膝关节内，连接股骨与胫骨，主要作用是限制胫骨向前过度移位，它与膝关节内其他结构共同作用，来维持膝关节的稳定性，使人体能完成各种复杂和高难度的下肢动作。解剖和生物力学特点决定了前交叉韧带在人群分布、损伤机制及合并损伤等方面，显现出与其他膝关节损伤不同的疾病特征。

背景：治疗膝关节前交叉韧带损伤过程中，关节镜下进行重建修复是一种常用的手段，其中肌腱的固定是一项重要内容。
目的：探讨关节镜下可吸收挤压螺钉置入固定自体腘绳肌前交叉韧带重建的临床效果。
方法：纳入47例行前交叉韧带重建的患者，其中男27例，女20例，年龄18-48岁，均实施关节镜下可吸收挤压螺钉置入固定自体腘绳肌重建治疗。治疗后随访12个月，治疗前和治疗后1，3，6，12个月，分别对患者进行Lysholm、Tegner、IKDC评分，治疗后12个月对患者进行X射线正侧位片及MRI复查，并记录不良反应发生情况。
结果与结论：①术后患者膝关节不稳症状、关节痛均消失，未出现“打软腿”现象，行走步态恢复至正常水平，伤口均一期愈合，治疗后3，6，12个月的Lysholm、Tegner、IKDC评分均明显高于治疗前(P < 0.05)；均未出现切口感染和神经损伤、深静脉血栓等，1例患者出现膝关节积血，其余患者治疗过程中均未出现任何不良事件；②治疗后12个月影像学检查显示，患者均未出现骨隧道扩大等现象，关节间隙未出现明显变化；③结果表明：可吸收挤压螺钉置入固定自体腘绳肌重建前交叉韧带创伤小、效果好，可显著改善患者肢体功能。

ORCID: 0000-0002-7375-0609(银毅)
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

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新型生物可降解支架材料生物特性及在损伤胆道修复中的应用

马利锋，康建省，李涛，张立超，刘国超，王建龙

中国组织工程研究 2016, 20 (30): 4434-4441. DOI: 10.3969/j.issn.2095-4344.2016.30.004

摘要（611）

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文题释义：
生物可降解胆道支架：生物可降解胆道支架材料应该具备良好的生物学性能。考虑到胆道损伤的特点，支架材料应该具备良好的可降解性，随着治疗时间的延长，在完成其使命后可以完全降解，以免导致吻合口长期存在异物，引发一系列不良后果。同时还要具有理想的降解速度，以满足治疗的需要。
胆道损伤：临床手术操作等均可能会导致胆道损伤的出现，损伤后的修复难度较大。胆管壁热灼伤是一种常见的胆道损伤，临床治疗可以选择直接缝合或者进行胆总管空肠吻合，但存在一定的不足之处。

背景：多种原因会导致胆道损伤的出现，损伤后的修复重建难度较大。支架置入是一种常用的方法，但以往大多使用金属或者塑料支架，容易导致一定不良反应的出现。
目的：探讨新型生物可降解支架材料的生物特性及其在胆道损伤中的修复效果。
方法：利用人新鲜胆汁检测新型生物可降解支架材料生物特性，观察其在不同时间的降解情况。纳入巴马小型猪30只，随机分为观察组和对照组，每组15只，均制备胆道损伤模型。对照组实施胆管间断缝合修复，观察组实施新型生物可降解支架联合大网膜修复治疗。观察支架的生物学性能，对比观察2组动物不同时间肝酶及血总胆红素检测水平，苏木精-伊红染色、Masson染色结果以及α-平滑肌肌动蛋白免疫组化检测结果。
结果与结论：①术前及术后1，3，6个月对2组的肝酶及血总胆红素进行检测，不同时间组间及组内比较差异均无显著性意义(P均>0.05)；②苏木精-伊红染色和Masson染色观察结果发现，术后不同时间观察组的吻合口炎性反应与纤维增生程度均轻于对照组；③术后1，3个月，2组α-平滑肌肌动蛋白阳性评分均呈现出不断增加的情况，术后3个月均达到最大值，之后开始下降。且术后3，6个月，观察组的α-平滑肌肌动蛋白阳性评分均显著低于对照组(P < 0.05)；④结果表明，制备的新型生物可降解支架材料具有良好的生物特性，应用于胆道损伤中可以获得理想的修复效果。

ORCID: 0000-0002-5803-5076(马利锋)

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可降解AZ31镁合金支架在兔腹主动脉内的降解时间和降解效果

张小青，李鑫

中国组织工程研究 2016, 20 (30): 4456-4462. DOI: 10.3969/j.issn.2095-4344.2016.30.007

摘要（433）

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文题释义：
可降解支架：是一种特殊的支架类型，在植入后的一段时间内，可使狭窄血管得到机械性支撑，防止再狭窄，随后支架即缓慢降解，并完全被组织吸收，血管结构以及舒缩功能完全恢复至自然状态。
腹主动脉：是人体的大动脉，直接延续于发自左心室的主动脉、胸主动脉，沿脊柱左侧下行，主要负责腹腔脏器和腹壁的血液供应。

背景：临床对各种心血管疾病进行治疗的过程中，支架植入是一种常用的治疗方式，可降解AZ31镁合金支架是一种新型的可降解支架，但关于植入机体之后的降解时间以及降解效果等，尚缺乏详细的研究和报道。
目的：观察可降解AZ31镁合金支架在兔主动脉内的降解时间和降解效果。
方法：纳入20只新西兰大白兔，在其腹主动脉内植入20枚可降解AZ31镁合金血管支架。植入后对动物的大体情况等进行观察，并分别于植入后1，2，3，4个月进行组织观察和X射线观察，于显微镜下观察各支架剩余支杆数目，了解植入支架的降解情况。
结果与结论：①X射线观察：可降解AZ31镁合金植入后1个月支架形态完整，植入后2个月支架出现支杆部分降解的情况，失去支撑作用，植入后3个月支架支杆大部分被降解，植入后4个月支架完全被降解；②支架降解速率：植入后1，2，3，4个月，降解率整体呈现出不断上升的趋势，与X射线检查结果一致；③支架剩余支杆数目：植入后1，2，3个月的支架支杆剩余数与时间有相关性(r = -0.943，P < 0.05)；④支架降解时间：经计算数据直线回归方程斜率为-0.12，进行回归直线计算后可得支架完全降解需要耗费的时间为105 d；⑤结果表明：可降解AZ31镁合金支架在植入兔主动脉之后，会随着时间的推移逐渐发生降解。植入后不同时间的支架支杆剩余数与时间之间呈负相关关系，支架植入之后，每天平均降解支架支杆0.12个，支架完全降解需要耗费的时间为105 d。

ORCID: 0000-0002-3174-0584(张小青)

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生物全降解聚左旋乳酸/无定形磷酸钙支架植入大鼠体内后周围组织的钙化

秦超师，李晓艳，冯高科，蒋学俊，卢钊，李君

中国组织工程研究 2015, 19 (30): 4842-4848. DOI: 10.3969/j.issn.2095-4344.2015.30.017

摘要（510）

PDF （3022KB）（354）

背景：新型生物全降解聚左旋乳酸/无定形磷酸钙支架展现了良好的应用前景，但支架材料植入后是否引起周围组织钙化尚不明确。

目的：观察聚左旋乳酸/无定形磷酸钙支架植入SD大鼠肌内组织后对周围组织钙化的影响。

方法：将48只SD大鼠随机均分为实验组与对照组，在实验组大鼠背部肌肉组织中植入聚左旋乳酸/无定形磷酸钙支架，在对照组大鼠背部肌肉组织中植入聚左旋乳酸支架。植入后1，2，4，12周，分别检测肝肾功能及血钙、磷、碱性磷酸酶水平；取支架及周围肌肉组织进行苏木精-伊红染色、钙化Von kossa染色、碱性磷酸酶染色及免疫组织化学核因子κB染色，Western blot检测周围肌肉组织白细胞介素6、骨形成蛋白2水平，并检测组织匀浆钙、碱性磷酸酶含量。

结果与结论：两组支架植入未造成大鼠肝肾功能的改变，并且随着植入时间延长亦无明显变化。实验组植入后2，4，12周的白细胞介素6表达少于对照组(P < 0.05)，植入后4，12周的核因子κB阳性表达指数、骨形成蛋白2、炎症细胞计数少于对照组(P < 0.05)，植入后12周的支架周围组织钙含量低于对照组(P < 0.05)；两组周围组织碱性磷酸酶含量表达、VonKossa钙化相关染色及血中Ca、P、碱性磷酸酶含量对比均无明显差别(P > 0.05)。表明聚左旋乳酸/无定形磷酸钙支架具有良好的安全性及生物相容性，未引起周围组织钙化。

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

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可降解和不可降解输尿管支架在家犬输尿管中的病理学变化

王炜，李牧，刘绍虔，徐缓，李虹

中国组织工程研究 2010, 14 (29): 5321-5324. DOI: 10.3969/j.issn.1673-8225.2010.29.001

摘要（132）

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背景：目前临床应用的输尿管支架主要由不能在人体内降解的硅酮、聚氨甲酸乙酯等为原料制成，置入体内一段时间后必须通过有创的侵入性操作拔除，增加了患者的痛苦。
目的：比较可降解材料消旋聚乳酸输尿管支架和聚氨甲酸乙酯支架在家犬输尿管内的组织病理学变化。
方法：经开放手术分别将消旋聚乳酸支架和聚氨甲酸乙酯支架置于19只家犬左右两侧输尿管内，术后每2周取出支架4次，同时切取输尿管组织在光镜下观察输尿管组织病理改变。
结果与结论：术后第2周和第4周两侧输尿管有明显的上皮脱落、固有层水肿和肌层结构紊乱，第6周仅发现固有层小血管充血，第8周输尿管全层组织基本恢复正常。结果证实消旋聚乳酸输尿管支架具有良好的组织相容性。

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可降解锌合金植入材料的体内抗菌性

谢中，羊明智，薛静波，陈勇，彭立军，蔡斌，张杨洋

中国组织工程研究 2019, 23 (14): 2196-2201. DOI: 10.3969/j.issn.2095-4344.1664

摘要（24）

PDF （737KB）（60）

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文题释义：

可降解生物医用材料：主要包括生物陶瓷材料、高分子材料和金属材料等，生物陶瓷材料具有优良的亲和性，可作为骨组织再生的附着基体和填充材料，但其韧性较差，力学性能无法与骨组织匹配，多用于不承力部位的骨替换与修复；高分子材料容易加工成型，便于大规模生产，但其力学性能比较差，降解速率不可控，其降解产物可引起无菌性炎症，因而严重限制了其临床应用；新型可降解医用金属材料不仅具有良好的生物相容性和可降解特性，而且弥补了传统高分子可降解材料和陶瓷可降解材料在力学承载方面的缺陷。

骨科植入物：包括人工假体、内外固定物和人工关节等，主要用于骨组织功能重建，以改善患者肢体功能和提高患者生活质量为目的。

可降解生物医用材料：是指植入人体后可在体内或者在体液作用下，能逐渐降解并被人体吸收或者排出的一类医用材料，主要包括医用生物陶瓷、医用高分子材料和医用金属材料等。

背景：锌是无机抗菌材料，具有适宜的降解速率和良好的抗菌特性，通过添加合金元素可改善材料的力学性能和生物相容性，是目前医用新型可降解金属材料的发展方向，目前尚缺乏不同锌基材料之间抗菌性能比较的研究。

目的：比较纯锌及锌基合金材料的体内抗菌性能。

方法：取80只SPF级SD大鼠，分别制备金黄色葡萄球菌和大肠杆菌感染动物模型，每种模型40只。将纯锌及锌基合金材料(纯锌、锌铝合金、锌锶合金、锌镁合金、锌银合金、锌钙合金和锌铜合金)分别植入2种模型大鼠股骨骨髓腔内，并设置未植入任何材料的对照组，每组5只。植入后第1，4，7，14天，检测大鼠体温变化、血白细胞计数、血清肿瘤坏死因子α和血清锌元素含量，并收集手术部位分泌物及组织，鉴定细菌种类。

结果与结论：①经金黄色葡萄球菌或大肠杆菌感染后，各组大鼠体温均有不同程度升高，纯锌及锌基合金材料植入组第7，14天的体温显著低于对照组(P < 0.05)，且锌银合金组第7，14天的体温显著低于纯锌及其他锌基合金材料组(P < 0.05)；②材料植入2种感染模型后第7，14天，对照组白细胞计数和肿瘤坏死因子α浓度显著高于纯锌及锌基合金材料组(P < 0.05)，且锌银合金组大白细胞计数和肿瘤坏死因子α浓度显著低于纯锌及其他锌基合金材料组(P < 0.05)；③在2种感染模型中，各组血锌元素含量无差异(P > 0.05)；④金黄色葡萄球菌感染组细菌鉴定为金黄色葡萄球菌(+)，大肠杆菌感染组细菌鉴定为大肠杆菌(+)；⑤结果提示，可降解锌基合金植入材料在大鼠体内具有良好的抗菌效果，而锌银合金抗菌能力最强。

ORCID: 0000-0001-8711-4040(谢中)

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

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