含骨形态发生蛋白-2的骨修复水凝胶的研究进展
基质,改性,1BMP-2在骨修复中的应用,2用于骨修复材料的水凝胶基质,3含BMP-2的骨修复水凝胶的常用添加物,4水凝胶控制BMP-2释放速率策略,1化学键结合,2物理吸附,3MCMs包裹,4基因工程改性法,5小
李芷仪,仉建国,王升儒骨骼是人体重要的组成部分,承载了保护、运动、代谢等重要生理功能。外伤或某些疾病可能会造成骨缺损,影响骨的正常生理功能。对于较小的骨缺损,机体可以通过骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stemcells, BMMSCs)分化、成骨细胞活性增加等方式进行膜内成骨及软骨骨化,从而完成骨修复。但如果骨缺损较大,并达到了骨修复的临界大小,仅依靠机体自身的骨再生能力很难达到预期效果,因此需要额外的骨修复材料。此外,对于需要进行骨融合术(如关节融合术或者脊柱融合术)的患者,若目标关节或者脊柱不能在一定时间内达到骨融合,内固定物将受到过大的应力载荷而面临内固定失败的风险。在上述情况下,多需要使用促骨修复材料以达到更好的骨修复效果。
临床上现有的骨修复材料的“金标准”为自体骨移植,多选用髂骨或肋骨。自体骨移植因取材量受限,并给患者带来二次创伤[1],临床应用受限。其他的骨修复材料包括同种异体骨、异种骨及人工合成骨:同种异体骨主要来源于尸体骨,虽然避免了移植物部位疼痛、伤口不愈合等并发症问题,但其来源较为有限,促骨修复效应也较差,并存在排异、感染等风险;异种骨主要为去细胞去蛋白的小牛骨,但其促骨修复效应较差;人工合成骨主要包括生物陶瓷、磷酸钙/硫酸钙骨水泥等,但其脆性较大,促骨修复效应较差。此外,在临床应用中,骨移植物需要固定于移植部位,而上述4种骨修复材料均为块状或粉末状,常因周围血流冲刷而移位,降低骨修复效应,甚至导致异位骨化。为了解决上述问题,新型骨修复材料的研发具有重要的意义。骨形态发生蛋白(bone morphogenic protein, BMP)在骨修复过程中起重要作用,而某些种类的水凝胶具有高生物相容性、固定活性物质、填充骨缺损的优势,其作为活性因子载体具有一定的临床应用前景。目前,已有多项研究针对含BMP-2的骨修复水凝胶开展研发工作,本文将对其研究现状及存在的问题进行综述。
1 BMP-2在骨修复中的应用
BMP蛋白是转化生长因子-β(transforming growth factor-β, TGF-β)超家族中最大的亚类,共分为18类,在机体内参与不同的信号通路进行调节。其中,很多研究均已表明BMP-2具有很强的骨诱导能力[2]和促血管生成能力[3],可以诱导BMMSCs向成骨细胞分化,并促进成骨细胞分化成熟,加速骨缺损等修复。
研究者已开发了用基因重组方法制备重组人BMP-2(recombinant human BMP-2, rhBMP-2)[4] ......
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