镁合金长周期堆垛有序结构骨板促进兔骨折模型骨形成的研究

《Scientific Reports》：Plates made from magnesium alloy with a long period stacking ordered structure promote bone formation in a rabbit fracture model

针对骨折治疗中金属植入物需二次手术取出且缺乏骨愈合活性的问题，日本熊本大学团队开发了具有长周期堆垛有序结构(LPSO)的Mg-0.56Zn-1.5Y-0.15Al合金骨板。通过兔胫骨骨折模型证实，该镁板较钛板显著促进骨痂形成，生物吸收率达90%以上且无毒性，体外实验显示镁离子直接促进成骨细胞矿化。该研究为兼具力学强度、生物活性和可吸收性的骨折内固定材料提供了新范式。

　　

在现代医学面临人口老龄化的挑战下，骨折治疗领域存在两个关键难题：传统钛合金骨板缺乏生物活性且需二次手术取出，而纯镁材料又因力学性能不足难以满足临床需求。这一矛盾在骨质疏松患者中尤为突出，其骨折愈合能力下降却更需要稳定的内固定支持。针对这一临床困境，日本熊本大学联合镁研究中心的研究团队在《Scientific Reports》发表了一项突破性研究，开发出具有长周期堆垛有序结构(LPSO)的Mg-0.56Zn-1.5Y-0.15Al合金骨板，通过体内外实验系统验证了其促进骨愈合的独特优势。

研究采用快速凝固(RS)技术制备LPSO型镁合金，通过热挤压工艺加工成与商业钛板相同几何形状的骨板。使用6月龄雌性日本白兔建立胫骨中段横断骨折模型，分组植入镁板或钛板固定。通过μCT定量骨痂体积、三点弯曲试验评估力学强度，并监测体重和血镁水平评估生物安全性。体外实验采用人脂肪干细胞(hADSCs)成骨诱导培养体系，添加不同浓度MgCl₂后通过茜素红染色定量钙沉积。

研究结果显示，镁板组在术后12周表现出显著更丰富的骨痂形成（μCT显示体积增加50%），且骨折部位极限载荷甚至超过健侧骨15%。值得注意的是，镁板在骨愈合完成后生物降解率达90%以上，而血镁浓度维持在1.8-2.2 mg/dL正常范围，动物体重变化与钛板组无统计学差异。机制研究发现，10 mM镁离子处理使体外成骨细胞钙沉积量提升2.3倍，证实镁元素直接激活成骨分化。

该研究的创新性体现在三方面：材料学上通过LPSO结构设计使合金屈服强度达362 MPa（纯镁的2.9倍），同时保持良好延展性（18.2%）；临床前研究首次证实镁合金植入物兼具力学支撑和骨诱导双重功能；生物学机制揭示镁离子通过促进钙沉积加速骨再生。讨论部分强调，该镁合金的射线可透性便于术中监测，非磁性兼容MRI检查，特别适合合并多种疾病的老年患者。研究团队指出，未来需进一步评估氢气泡产生对周围组织的影响，但现有数据已表明LPSO型镁合金有望革新骨折内固定材料体系。

这项研究的意义不仅在于提供了一种可避免二次手术的生物活性植入物，更开创了"治疗型内固定"的新理念——医疗器械从被动支撑转向主动参与组织再生。对于愈合能力减弱的骨质疏松骨折患者，这种能同时提供机械稳定性和生物刺激的材料具有重要临床价值。随着人口老龄化加剧，这类兼顾生物学与工程学需求的研究将为再生医学材料开发提供重要范式。