Nanohydroxyapatite骨质疏松症管理应用程序

文摘

羟磷灰石骨基质的无机成分化学相关结构作为一个复杂的公式₁₀(哦)₂(PO₄)₆。先前的研究已经报道的应用小型化羟磷灰石骨再生,但结果并不满意。限制来自羟磷灰石的大小。此外,治疗的持续时间很长。羟基磷灰石纳米晶体的优点是osteoconduction, bioresorption,近距离的接触。晶体在骨质疏松性骨钙磷酸氢氧化的化学公式₁₀(哦)₂(PO₄)₆。正常骨的水晶钠碳酸盐磷酸氢钙水合物Ca的化学公式₈H₂(PO₄)₆·H₂O-NaHCO₃- h₂o .最近的发展应用羟磷灰石纳米生物学方法。这是基于概念的矿物晶体结构中的原子排列羟磷灰石可以代替或合并其他矿物原子。总之,羟磷灰石晶体的基本元素,原子组成的矿物在一定几何模式,及其与骨细胞生物活性的关系开辟了羟磷灰石晶体补充应用在骨质疏松症的机会。了解骨羟磷灰石晶体的特点以及替代矿物原子的行为将对骨质疏松症的管理有更好的影响。

1。背景

骨是一个包含胶原原纤维结构的有机-无机陶瓷复合材料,纳米晶体,棒状无机材料与25 - 50 nm的长度。骨骼结构序列是由七个层次水平,反映了每个组件的材料和机械性能。羟磷灰石骨基质与无机化学相关组成部分的复杂结构的公式₁₀(哦)₂(PO₄)₆。相似的化合物的羟磷灰石骨引发了密集的研究使用合成羟磷灰石骨替换和/或骨重新定位为生物医学应用(1]。

Intrabone缺陷对临床医师是一个挑战。这一缺陷只需要皮瓣手术或与其他技术相关联。骨替代需要修复节段性缺陷造成的移除受感染的组织或骨肿瘤。骨替代大多需要在特定情况下自体骨。然而,自体并不总是可用,可能导致施主能级发病率。同种异体移植物可能是另一个在某些情况下,但有免疫反应和疾病传播的可能性(艾滋病毒和乙型肝炎)到接收方。骨替代移植专家之间的关注由于优势超越自体和异体。生物矿物形态发生是一个特定的策略发展的建筑结构的化合物microsize和纳米晶体2]。

临床上,骨质疏松症是通过nontraumatic /最小脊椎骨折,髋部,近端肱骨、股骨骨折。骨质疏松症是一种疾病特别是年长的男性和女性中(3- - - - - -6]。增加经济和人口老龄化将会增加骨质疏松的频率,使它成为一个重要的健康问题(5,7]。

本文将讨论发展的合成材料作为骨替代移植物和羟磷灰石的势微晶核和纳米晶体,以及羟磷灰石纳米晶体应用的方法填充骨缺损在骨质疏松症。

2。合成材料

有各种各样的合成材料用于骨替代物移植,包括金属、钽、钛、铁、镁;聚合物如聚乳酸、polyglycolide、聚氨酯或聚已酸内酯;和陶瓷如石英玻璃、硫酸钙半水化合物(CSH或熟石膏)和二水合物(CSD或石膏),和磷酸钙。这些材料,钙磷酸盐材料是很有吸引力的。根据其相似的组成骨骼结构磷酸钙(大约60%),材料被认为是第一次因为一个世纪以前,和被广泛研究作为骨替代了40年(8]。

3所示。骨移植

大部分的骨替代物移植使用颗粒(直径0.1至5毫米)或多孔块(或海绵)。一些公式可能植入后变硬原位或注射。公式的属性等,硫酸钙半水化合物(熟石膏)钙和磷酸盐水泥。反应的这种材料是由混合粉末和液体的解决方案。化学,硬化发生溶解和沉淀反应的成功。机械、硬化是由于纠缠和共生晶体(8]。

可能注入骨替代移植扩展其应用,例如,在微创手术治疗骨折。除了意大利面、多孔块,和面食,可以硬,骨替代移植物还可以形成一个粘贴,不能硬(=腻子)。这种材料是颗粒的组合,“胶水”作为一个高度粘性水凝胶(8]。

4所示。羟磷灰石势

如今,羟磷灰石被广泛用于生物医学应用,包括矩阵控制药物释放和骨骼组织的材料工程。基于化学相似性羟磷灰石骨基质和无机组成部分,合成羟磷灰石努力宿主组织有很强的亲和力。主机和羟磷灰石之间的化学键使这种材料成为临床上一个有益的应用程序,这是比同种异体移植物或金属植入物。羟磷灰石的主要优点是生物相容性,低原位生物降解,osteoconduction好。此外,羟磷灰石软组织也具有良好的生物相容性,如皮肤和肌肉。合成羟磷灰石目前广泛用于硬组织修复。羟磷灰石是常用于骨修复骨,涂层植入物和骨填充物(1]。

5。羟磷灰石微晶核

羟磷灰石钙微晶是一种天然的骨钙的提取。羟磷灰石钙微晶包含许多生理比例以及其他骨矿物质的有机矿物质。证据表明羟磷灰石钙微晶是吸收比钙补充剂引发了各种各样的临床应用。口服钙羟磷灰石微晶核可以加速骨折愈合和修复,甚至防止骨质疏松症(9]。

6。羟磷灰石纳米晶体

最近发展的生物材料的研究主要集中在磷酸钙陶瓷的局限性和改进bioreactivity通过使用纳米技术。介绍了植骨的合成羟磷灰石纳米晶体在骨缺损修复过程。羟基磷灰石纳米晶体的优点是osteoconduction bioresorption,并在近距离接触。典型的描述材料与纳米结构是一个非常大量的分子表面的材料。当羟磷灰石纳米晶体作为骨替代移植物,快速治疗关键尺寸的缺陷已经在动物实验和应用在人类身上。羟磷灰石纳米晶体将绑定到骨头和刺激骨愈合通过刺激成骨细胞活动。尽管如此,羟磷灰石纳米晶体很难形成特定的公式用于骨修复和移植。这是由于内在的硬度、脆性、和缺乏灵活性,从而限制使用承载植入材料。因此,羟磷灰石纳米晶体通常是结合各种聚合物生产综合分析biocomposite材料领域的整形外科手术(1,10]。

7所示。羟磷灰石晶体在骨质疏松症

骨质疏松症是一种疾病,导致骨量减少,通常是矿化由于破骨细胞和成骨细胞活动之间的不平衡3- - - - - -5]。骨质疏松症是一种无定形的过程由于不规则的退化过程,很难描述,在一个广泛的骨矿化。骨矿化的变化强烈影响原子的性质能够执行一个替换成一个复合的见图1(6,7]。

固体材料被描述为无定形和结晶材料。一种无定形材料时,原子是随机安排将类似于液体的铁原子。晶体材料的原子排列在一个固定的模式与最小的元素在三维复制将形成晶体(11]。骨晶体是极其微小的,平均长度50 nm(20 - 150纳米的范围内),平均宽度25 nm(10 - 80纳米的范围内),和一个只有2 - 5纳米的厚度。碳酸磷灰石阶段包含4 - 8%的体重,称为dahlite。矿物成分会随年龄和总是容易缺钙,碳酸盐和磷酸盐离子晶格。公式Ca_8。3(PO₄)_4.3(有限公司)_3x(HPO4)_y(哦)_0.3反映了骨的平均组成,y减少和x随着年龄的增加,而增加x+y将常数等于1.7。矿物晶体生长发生在特定的取向c -水晶大约是平行于轴线的长度轴晶体的胶原纤维沉积。电子显微镜技术是用来获取这些信息(12]。

使用XRD表征结果与技术的生产方法高能铣然后使用水晶制造商模拟软件,如图2显示,发现是羟磷灰石晶体的高峰,高峰,未发现其它结晶阶段。晶体在骨质疏松性骨钙磷酸氢氧化与Ca的化学公式₁₀(哦)₂(PO₄)₆。正常骨碳酸氢钙钠磷酸盐晶体水合物与Ca的化学公式₈H₂(PO₄)₆·H₂O-NaHCO₃- h₂O (14]。搜索和匹配测试的结果正常骨和骨骨质疏松性与六角结构样本显示结晶相。原子密度在骨质疏松性骨(0.0841原子/低),而与正常骨(0.0994原子/)。骨质疏松性骨晶体粒度小于正常骨。此外,结晶度骨质疏松性骨小于正常骨(14]。

晶粒大小在骨质疏松性骨小于正常骨。这可能是由于骨质疏松性骨晶体中的原子排列不规则,晶体参数在骨质疏松性骨不知道,而在正常的骨骼,晶体参数已知的六角晶系的形式。此外,骨质疏松性骨晶体结晶度低于正常骨。这表明骨质疏松骨晶体原子排列不规则或无定形的安排。对于正常的骨骼,六角结构的原子排列规律。除了骨质疏松性骨晶体的原子密度小于正常的骨头。

六角晶体结构有一个长度或晶格参数,而角α=β= 90°和角度γ= 120°。这一发现是一致的研究Sastry et al。16),这表明骨质疏松性骨的结晶度下降。

8。潜在的羟磷灰石的骨质疏松症

骨胶原微晶羟基磷灰石是一种有机和无机成分的组合。无机组件将提供钙和磷的生理比2:1。有机组件包括胶原蛋白和noncollagen蛋白质与各种生长因子和骨特定的蛋白质,如胰岛素样生长因子I和II、转化生长因子(TGF -β)和骨钙素。代替钙、骨胶原羟磷灰石复合是一个复杂的蛋白质矿物质,具有较高的成骨的效果相比,无机化合物或钙补充的口服药物。骨胶原羟磷灰石提供好处的治疗和预防骨质疏松和骨质疏松症的妇女,包括中小学骨质疏松症。各种研究表明,骨胶原羟磷灰石比碳酸钙在更有效减少绝经后妇女的骨质流失,预防骨质疏松。

一项由Castelo-Branco et al。17]证明了政府的骨胶原的剂量羟磷灰石3.32克/天相比,碳酸钙为2.5毫克/天12和24得出结论,没有找到骨量的变化与基线条件管理的骨胶原羟磷灰石,虽然政府的碳酸钙发现明显降低在第二年的骨量。皮雷约等的研究。18)表示,骨胶原的结合羟磷灰石和雷洛昔芬比骨胶原的结合更有效羟磷灰石和碳酸钙在控制绝经后妇女骨质疏松。一项由Albertazzi et al。19骨胶原相比,羟磷灰石与磷酸三钙的剂量500毫克/公斤体重的预防骨质流失发现,在第三和第六个月,骨胶原羟磷灰石和磷酸三钙与安慰剂比较,极大的降低了骨形成标志物。到了第六个月,磷酸三钙骨钙素降低了9.9%,骨胶原羟磷灰石12.3%。此外,他们发现前肽减少1型胶原(PINP)的5.3%(磷酸三钙)和6.3%(骨胶原羟基磷灰石)。碱性磷酸酶也下降了4.3%(磷酸三钙)和6.7%(骨胶原羟基磷灰石)。对骨吸收标记和骨矿物质密度的影响没有显著差异()。

在随机、非盲、与这些相应平行的组织、控制和前瞻性研究中,我们比较OHC的影响(治疗组)和碳酸钙(对照组)对骨代谢(最多3年随访)。受试者与光密度> 65岁妇女的骨质疏松症腰椎和股骨颈。治疗组接受非盲OHC(骨质疏松症)两个830毫克剂量的药片每12小时(每天712毫克钙元素)。对照组接受开放的碳酸钙的剂量500毫克的钙元素每12小时(每天1000毫克钙元素)。两组也得到了维生素D补充剂(骨化二醇266μg)在一个瓶的剂量口服每15天。本研究发现,血清骨钙素水平增加了在更大程度上OHC组与碳酸钙组。随时间变化的血清骨钙素水平也具有统计学意义()OHC组,但不是在碳酸钙组。此外,意味着BMD的变化之间的腰椎和股骨颈基线和三年级上凸轮轴和−−1.1%和2.5%碳酸钙2.3%和1.2%,分别(20.]。

先前的研究已经报道的应用小型化羟磷灰石骨再生,但结果并不满意。限制来自羟磷灰石的大小。此外,治疗的持续时间很长。最近的发展应用羟磷灰石纳米生物学方法,尽管更多的研究是必要的,特别是它的亲和力。前沿的方法来自于概念,矿物晶体结构的原子排列羟磷灰石可以代替或合并其他矿物原子。努尔等的研究。13)执行矿产骨羟磷灰石晶体中的原子替代建模在印尼人口显示孔隙度和密度变化的羟磷灰石晶体在不同矿物原子替换。一些研究也应用替代镁(21),硅(22)、锌(23)、铁(24氟化),(25),氯(26],碳酸盐[27],[锶28在羟磷灰石晶体。结果表明变化nanohydroxyapatite晶体的物理化学性质和生物反应。

纳米复合材料的一个好处是它能够与其他分子组装。这些属性将会增加骨质疏松的质量管理虽然需要进一步的研究。在目前的工作,nanohydroxyapatite /壳聚糖复合支架的骨再生潜力比纯壳聚糖支架在植入节段性骨缺损的兔子。临界骨缺损大小(直径6毫米,10毫米长度)中创建的左股骨髁部43成年新西兰白兔。股骨髁骨缺陷被修复nanohydroxyapatite /壳聚糖成分,纯壳聚糖,分别或空。Defect-bridging被普通x光照片和定量检测计算机断层摄影在手术后8到12周。组织样本收集总视图和组织学检查来确定新骨形成的程度。术后8周,更不规则骨单位形成观察组中对待nanohydroxyapatite /壳聚糖复合材料与纯壳聚糖处理。术后12周,观察完整的节段性骨缺损愈合nanohydroxyapatite /壳聚糖组,当缺陷还可见壳聚糖组,虽然缺陷的深度已经减弱。这些观察表明,注射nanohydroxyapatite /壳聚糖支架是骨质流失的潜在候选人材料再生(29日]。此外,实验表明,接触作用的机制之一nano-HAP细菌金黄色葡萄球菌由纳米晶体粘附的细菌与后续形成的纳米结构的粒子反应产品阻碍细菌的扩大和分裂30.]。

9。结论

羟磷灰石晶体的基本元素原子组成的矿物在某些几何模式及其与骨细胞生物活性的关系打开了羟磷灰石晶体补充应用于骨质疏松的机会。了解骨羟磷灰石晶体的特点以及矿物的行为替换原子将有一个更好的世界上影响骨质疏松症的管理。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

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