双载药预混磷酸三镁骨水泥调控骨稳态治疗骨质疏松性椎体压缩骨折的研究

为解决传统聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)骨水泥在治疗骨质疏松性椎体压缩骨折(OVCF)中存在的不可降解、固化温度高、操作复杂等问题，武汉理工大学团队开发了一种预混磷酸三镁骨水泥(pTMPC-SMA)，通过共载阿仑膦酸钠(AS)和雷奈酸锶(SrR)实现骨形成与骨吸收的双向调控。该材料具有优异的可注射性、抗冲刷性和缓释特性，动物实验证实其能显著促进新骨形成并改善骨整合，为OVCF治疗提供了创新解决方案。

　　

骨质疏松性椎体压缩骨折(OVCF)已成为困扰中老年人群的严重健康问题，传统使用的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)骨水泥虽能快速恢复椎体高度，但其不可降解、固化放热等特性易导致骨水泥渗漏、相邻椎体再骨折等并发症。更棘手的是，骨质疏松患者往往需要长期服用抗骨吸收药物(如双膦酸盐)或促骨形成药物(如甲状旁腺激素)，但全身给药存在靶向性差、副作用大等问题。如何开发兼具力学支撑与骨代谢调控功能的骨修复材料，成为当前研究的重点难点。

针对这一挑战，武汉理工大学戴红莲团队在《Bioactive Materials》发表创新研究，通过将雷奈酸锶(SrR)和阿仑膦酸钠(AS)修饰的生物活性玻璃(BG@AS)载入预混磷酸三镁骨水泥(pTMPC)，开发出具有双向调控骨稳态功能的新型骨水泥pTMPC-SMA。该研究采用甘油三辛酸癸酸酯(GTCC)作为分散介质，使骨水泥在常温下可储存3个月仍保持可注射性；通过油水交换固化机制实现低温固化(37°C)，避免药物失活；材料在降解过程中持续释放SrR和AS，分别通过上调OPG表达和直接抑制破骨细胞活性，协同调控RANKL/RANK/OPG信号通路。

关键技术方法包括：1) 溶胶-凝胶法制备载药生物活性玻璃微球(BG@AS)；2) 高能球磨制备预混骨水泥浆料；3) 建立OVX骨质疏松兔模型进行椎体成形术(PVP)评估；4) 转录组测序分析破骨细胞分化相关信号通路；5) 有限元分析评估椎体生物力学特性。

2.1. 材料制备与表征

通过TEM证实合成的生物活性玻璃粒径为50-100nm，比表面积达606.27m²/g。FT-IR和TGA显示AS通过CDI活化成功接枝到BG表面，载药率达11.36%。预混骨水泥在3个月储存后仍保持98%以上的注射率，注射力<20N，满足临床操作需求。

2.2. 固化性能与力学特性

材料在模拟体液中通过油水交换完成固化，24小时抗压强度达12MPa，7天后提升至34.5MPa。循环压缩测试显示其具有良好抗疲劳性，且X线阻光度符合ISO标准。

2.4. 破骨细胞调控机制

TRAP染色显示pTMPC-SMA组破骨细胞数量减少60%，骨吸收面积降低75%。Western blot证实其通过抑制TNFR1/p38/NF-κB通路下调炎症因子表达，RNA-seq分析发现TNF和IL-17信号通路显著抑制。

2.5. 成骨活性调控

ALP活性检测显示SrR载药组碱性磷酸酶活性提高2.3倍，ELISA证实OPG/RANKL比值上升4.5倍。微管形成实验显示材料促进血管新生，迁移实验显示内皮细胞迁移率提高80%。

2.8-2.9 动物实验验证

骨质疏松兔PVP术后12周，Micro-CT显示pTMPC-SMA组骨体积分数(BV/TV)达22.39%，显著高于PMMA组(7.15%)。有限元分析显示其峰值应力比PMMA降低12.9%，有效分散椎体负荷。组织学观察到新骨长入材料内部形成骨整合，而PMMA组仅见纤维包裹。

这项研究开创性地将骨代谢调控药物与预混骨水泥技术相结合，解决了传统OVCF治疗中"机械支撑与生物活性不可兼得"的困境。pTMPC-SMA的双向调控特性使其不仅能即时恢复椎体力学性能，还能通过持续药物释放改善骨质疏松微环境。特别是采用BG@AS载药系统实现了阿仑膦酸钠的局部缓释，避免了全身给药的副作用。该材料为骨质疏松性骨折的临床治疗提供了新思路，其预混特性更简化了手术流程，具有重要的转化医学价值。未来研究可进一步优化药物配比，并在大型动物模型中验证其长期效果。