中英科学家借助海洋珊瑚改进骨移植术

来自中国海南医学院、英国牛津大学和斯旺西大学的科学家们，在11月29日的Biomedical Materials杂志上发表的一项最新研究中，通过部分地将碳酸钙——在海洋珊瑚的外骨骼中发现——转换成珊瑚羟磷灰石（CHA），形成一种重新定义的材料——称为羟磷灰石/碳酸钙（CHACC），结果证实这种材料能显著改善骨移植患者的预后。

　　

生物通报道：发表在11月29日的Biomedical Materials杂志上的一项最新研究，重新定义了一种珊瑚材料的性能，使其与自然骨骼更加兼容，根据这项研究，海洋珊瑚应该很快就能更广泛地应用于骨移植术。

研究者通过部分地将碳酸钙——在海洋珊瑚的外骨骼中发现——转换成珊瑚羟磷灰石（CHA），形成一种重新定义的材料，称为羟磷灰石/碳酸钙（CHACC），结果证实这种材料能“显著改善”16位骨移植患者的预后。这项小型临床研究表明，在经过四个月和CHACC已经完全生物降解的两年后，在每位患者中都发现了骨愈合现象。

源自海洋珊瑚的CHA，作为一种成功的骨移植材料，已经被使用多年，然而，由于其不能完全生物降解，它的作用仅限于一些特殊的骨骼。

英国斯旺西大学的Zhidao Xia是本文的通讯作者，他说：“我们的方法，通过利用部分转换技术，显著改善了骨移植术的预后。在这种方法中，来自自然珊瑚的、能生物降解的成分被保留下来。这种成分以与市场上可买到的CHA非常类似的方式，在传导性骨再生中起作用，但是它具有更好的生物降解特性，这与机体组织的自然骨转换过程一致。当生物材料不能生物降解，被保留在骨骼组织内时，它们会不断地引起机体的问题。在极端条件下，人造移植骨不同的机械性能，很有可能会引起再骨折，或者变成感染中细菌生长的一个来源。”

CHACC能够成为一种有前途的自体移植替代物，自体移植利用来自患者身体其他部位的几个骨片，在损伤部位重新长出新的骨骼。但是，因为仅有一个有限库存，自体移植会引起取骨部位的不适、痛苦和长期的伤残。

在这项研究中，来自英国牛津大学、斯旺西大学和中国海南医学院的研究者，在中国华南地区捕捉海洋珊瑚，部分地将碳酸钙转换成CHA或组成CHACC。根据这项研究，CHACC成分——包含15%碳酸钙周围一薄层中的CHA，有强大的多孔结构，这种结构已经将CHA成功推向商业化，但是CHACC成分有显著改善生物降解的特性以支持自然骨愈合。

研究者构建了CHACC，利用大量扫描电子显微镜和光谱技术，检测了它的物理和化学特性。然后，将CHACC与人间充质干细胞混合，经皮下植入小鼠体内10个星期。结果显示，新骨形成在CHACC表面上是可见的。

在一项初步的临床研究中，16位具有一系列四种不同骨损伤的患者（11名男性和5名女性），在外科手术中被植入了CHACC。结果显示，手术后4个月，出现了临床骨愈合，在每位患者中，大部分植入的CHACC在18到24个月之后被降解掉。

骨骼重构可能是一个复杂而缓慢的过程，在这个过程中，旧的骨骼连续不断地被新的骨骼组织取代。在骨折愈合例子中，完整的重构阶段，可以发生在三到五年之间（根据个人不同情况），因此一种合成的移植骨，必须能在涉及天然骨重构循环的时间范围内进行生物降解。

研究者认识到，在这种材料能与自体移植物的好处相比和能被用在每年全球几百万经受骨移植的人身上之前，还有很长的路要走。Xia指出：“然而，我们的研究仍然提供了充满希望的结果，CHACC材料不含有骨骼有机基体、活细胞，能够诱导而非进行新骨形成。因此，我们未来的工作是，结合可控生长因子传递和干细胞技术，以便发展一种更胜一筹的骨移植材料的解决方案。”（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
Characterization of a biodegradable coralline hydroxyapatite/calcium carbonate composite and its clinical implementation
Abstract：A partially converted, biodegradable coralline hydroxyapatite/calcium carbonate (CHACC) composite comprising a coral calcium carbonate scaffold enveloped by a thin layer of hydroxyapatite was used in the present study. The CHACC was characterized using powder x-ray diffraction, scanning electron microscopy and energy dispersive x-ray spectroscopy. The ability of the CHACC to promote conductive osteogenesis was assessed in vitro using human mesenchymal stem cells (hMSCs) and in vivo using an immunodeficient mouse model. The clinical performance of CHACC as a bone substitute to fill voids caused by excision of bone tumours was also observed in 16 patients. The CHACC was found to consist of two overlapping layers both morphologically and chemically. Hydroxyapatite formed a thin layer of nanocrystals on the surface and a thick rough crystal layer of around 30 µm in thickness enveloping the rock-like core calcium carbonate exoskeletal architecture. hMSCs cultured on CHACC in osteogenic medium demonstrated significant osteogenic differentiation. After subcutaneous implantation of CHACC incorporating osteogenically differentiated hMSCs and an anti-resorptive agent, risedronate, into an immunodeficient mouse model, bone formation was observed on the surface of the implants. Clinical application of CHACC alone in 16 patients for bone augmentation after tumour removal showed that after implantation, visible callus formation was observed at one month and clinical bone healing achieved at four months. The majority of the implanted CHACC was degraded in 18–24 months. In conclusion, CHACC appears to be an excellent biodegradable bone graft material. It biointegrates with the host, is osteoconductive, biodegradable and can be an attractive alternative to autogenous grafts.