解放军济南军区总医院骨病科(辽宁医学院研究生实习基地)，山东省济南市
250031

殷 晗★,男,1982年生，山东省枣庄市人，汉族，辽宁医学院在读硕士，主要从事骨关节专业方面的研究。
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163.com

通讯作者：付志厚，博士，主任医师，解放军济南军区总医院骨病科，山东省济南市
250031

摘要
学术背景：现阶段国内外学者研究方向主要集中于对假体表面进行一定的处理，提高假体－骨界面的骨整合率是解决临床假体置入后松动并发症的瓶颈。
目的：通过对人工假体修饰3个阶段的演变进行综述。
检索策略：由第一作者应用计算机检索Pubmed数据库1995-01/2007-12的相关文献，检索词“Prostheses and Implants，Osseointegration，Tissue Engineering，interface”，并限定文章语言种类为English。同时计算机检索中国期刊全文数据库2003-01/2006-12的相关文献，检索词“人工假体，骨整合，组织工程，界面”，并限定文章语言种类为中文。共检索到154篇文献，对资料进行初审，纳入标准：①文章内容应与假体修饰方法及其对界面骨整合影响密切相关。②选择近期发表的文章。排除标准：筛除明显重复、时间久远及综述性文章。
文献评价：主要是通过对假体修饰方法及其对界面骨整合影响方面的文献进行汇总分析。所选用的30篇文献均为临床或基础实验研究。
资料综合：①物理修饰是指应用物理方式改变种植体表面物理特性，从而增加细胞黏附的方法。包括假体表面几何性质修饰、电荷修饰、预湿修饰3种，几何性质修饰包括喷沙、酸蚀、激光处理种植体表面、电火花加工等多种方法。②化学修饰是指通过改变载体表面的化学特性，使之产生与细胞表面分子之间的特异相互作用，不仅作用于细胞表面性质，而且会引起细胞内部结构和功能密切相关的变化。其主要研究内容包括两个方面，其一是提高种植体的表面能，另一种则在种植体表面形成生物活性物质涂层。③生物修饰主要是采用一些生物学的方法增加界面骨整合率。生物修饰主要包括贴壁因子预涂和细胞因子修饰。
结论：虽然近年来对假体-骨界面的研究日益成熟，但很多微观的机制还没有研究清楚，比如假体周围细胞的具体生物学行为及其影响因素，影响假体-骨界面骨整合率的因素，随着对假体-骨界面研究的深化及各种新理论新学说的提出，必将为临床提供一种有效，经济的预防假体松动的方法。
关键词：人工假体；骨整合；组织工程；界面；研究进展

殷晗,付志厚.人工假体材料修饰方法的理论与实践[J].中国组织工程研究与临床康复，2008，12(9):1725-1728
[www.zglckf.com/zglckf/ejournal/upfiles/08-9/9k-1725(ps).pdf]

中图分类号: R318
文献标识码: A
文章编号: 1673-8225
(2008)09-01725-04

收稿日期：2007-12-20
修回日期：2008-01-08
(07-50-12-7065/M·Q)

Theory and practice of modification methods of prostheses

Abstract
BACKGROUND: Most of the studies focus on the disposal of prostheses recently. Raising the osseointegration of the bone-prostheses interface is the key to resolve the problem of loosing after prostheses embedding.
OBJECTIVE: To summarize the recent researches on decoration of prostheses.
RETRIEVAL STRATEGY: The Pubmed Database was undertaken to identify the related articles published from January 1995 to December 2007 with the key words of "Prostheses and Implants，Osseointegration，Tissue Engineering，interface” in English. Simultaneously, China Journals Full-Text Database was searched for relevant articles published between January 2003 and December 2006 with the same key words in Chinese．Totally 154 relevant articles were retrieved. AII the literatures were screened firstly．Inclusive criteria: ①articles about the decorating method of prostheses and its influence on bone-prostheses interface, and ②articles published recently. Exclusive criteria：similar or out-of-date articles and review articles．
LITERATURE EVALUATION: This literature derives from summary and analysis of the articles about the decorating method of prostheses and its influence on bone-prostheses interface. The 30 selected articles are all clinical or empirical study
DATA SYNTHESIS: ①Physical modification refers to altering the physical characteristic of prosthesis surface to increase the cells adhesion, including geometrical property, charge and prewetting. Geometrical property contained sand blast, etching, laser disposal, electrical discharge machining and so on. ②Chemical modification refers to altering the chemical characteristic of prosthesis surface to generate interaction between it and cells molecule. The interaction can alter not only the superficial property of cells but also the internal structure and function of it. Chemical modification has two aspects; one is to elevate the surface energy of implant, another is to form bioactive compound coating of implant surface. ③Biological modification refers to augmenting the osseointegration of prosthesis surface by some biological methods. Biological modification is composed of precoating of anchoring factor and cytokine modification.
CONCLUSION: Current studies on bone-prosthesis interface are well developed, but many micro-mechanisms are unclear, such as biological behavior and influential factor of cells around the prosthesis, factors affecting the osseointegration of the bone-prosthesis interface. With the deep study on bone-prosthesis interface and the proposition of new theories, an effective method to prevent prosthesis loosing can appear.

Yin H, Fu ZH. Theory and practice of modification methods of prostheses. Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu yu Linchuang Kangfu 2008;12(9):1725-1728(China) [www.zglckf.com/zglckf/ejournal/upfiles/08-9/9k-1725(ps).pdf]

0 引言

人工假体置换经过数十年发展已成为一种成熟的手术方式，任何事物都有其两面性，人工假体的出现解决了很多以前不能实现的难题，但也不是毫无瑕疵的，其术后并发症也是屡见不鲜，如感染、松动，脂肪栓塞，下肢深静脉血栓等，其中假体松动是比较常见的一种，郭艾等[1]研究发现人工假体置换术后总体松动率高达7.4%，虽然导致人工关节松动的原因有很多，如关节置入初期的固定不良，骨水泥使用不当，生物异性反应等。但大量的分析研究及临床实践表明， 假体-骨组织界面的微动磨损是导人工关节松动的一个主要因素[2]，提高假体-骨界面的骨整合率是解决假体置入后松动并发症的瓶颈。人工假体修饰经历了物理修饰、化学修饰、生物修饰3个阶段，影像学、组织学研究证实各种方法均可增加界面的骨整合率，但假体周围细胞的具体生物学行为及其影响因素，影响假体-骨界面骨整合率的因素等问题仍尚待解决。

1 目的

本文通过对人工假体修饰3个阶段的演变进行综述，介绍了最新的修饰方法及其对假体－骨界面骨整合率的影响，从而为探索更新假体处理方法，降低临床假体置换术后松动并发症发生率提供新思路。

2 材料和方法

2.1 资料检索 由第一作者应用计算机检索Pubmed数据库（http://www.ncbi.nlm.nih.gov/ PubMed)1995-01/ 2007-12的相关文献，英文检索词“Prostheses and Implants，Osseointegration，Tissue Engineering，interface”。同时检索中国期刊全文数据库(http://www.vmis.net.cn/ yixue/
index. asp) 2003-01/2006-12的相关文献，中文检索词“人工假体，骨整合，组织工程，界面”；初检得到154篇文献。
2.2 检索方法 纳入标准：①文章内容与假体修饰方法及其对界面骨整合影响密切相关。②选择近期发表的文章。排除标准：筛除明显重复、时间久远及综述性文章。初检得到154篇文献，中文50篇，英文104篇。阅读标题和摘要进行初筛，排除因研究目的与此文无关的60篇，内容重复性的研究64篇，共保留30篇中英文文献做进一步分析。2个实验研究了人工假体置换术后假体松动原因[1-2]。12个实验研究了假体的物理修饰问题[3-14]，6个实验研究了假体的化学修饰问题[15-20]，10个实验研究了假体的生物修饰问题[21-30]。

3 综合评价

医用生物材料的含义是指用于取代、修复活组织的天然或人造材料。植入体内的生物材料在人体复杂的生理环境中长期受物理、化学、生物等因素的影响, 同时各组织以及器官间普遍存在着许多动态的相互作用,因此医用生物材料必须满足下面几项要求:①具有良好的生物相容性和物理相容性。②具有良好的生物稳定性, 材料的结构不因体液的作用而变化, 同时材料组成不引起生物体的生物反应。③具有足够的强度和韧性, 能够承受人体的机械作用力, 所用材料与组织的弹性模量、硬度、耐磨性能相适应。④具有良好的灭菌性能、加工性能, 不因成型加工困难而使其应用受到限制。⑤降解无毒性、不致畸、不致癌。
医用生物材料包括合成材料、天然材料。合成材料可以很容易地加工成不同的形状结构, 设计制造过程中能对材料的许多性能进行控制, 包括机械强度、亲水性、降解速率等（羟基磷灰石、磷酸三钙、聚乳酸、聚羟基乙酸等）；天然材料不易提取和加工, 并且材料的物理性能受到限制, 但天然材料具有特殊的生物活性并且通常不易引发受体的免疫排斥反应, 具有较好的界面相容性（骨衍生物、脱钙骨、珊瑚骨等）。
为了增加材料与骨组织之间的结合力，增加材料表面细胞的黏附、迁移及分化，现多对假体材料进行一定的修饰，修饰的种类有物理修饰、化学修饰和生物修饰3种。
物理修饰是指应用物理方式改变种植体表面物理特性，从而增加细胞黏附的方法。包括假体表面几何性质修饰、电荷修饰、预湿修饰3种，几何性质修饰包括喷沙、酸蚀、激光处理种植体表面、电火花加工等多种方法。Shalabi 等[3]通过调查多年种植体粗糙面对骨整合影响的研究表明假体-骨组织界面骨整合率与粗糙的假体面有密切的联系。Schneider等[4]在细胞和分子水平上证明了粗糙的种植体表面

成骨细胞的矿化程度以及cbfa1 和BSPⅡ基因表达均显著高于有槽型的种植体表面。种植体表面的粗糙度会影响关键性骨源性基因的表达，从而引起成骨细胞的分化水平不同，最终引起骨整合过程中骨矿化的程度不同。Marinucci 等[5]更是通过研究发现表面糙度为0.3时更能促进细胞的成骨分化。Marchisio等[6]通过体外试验研究发现破骨细胞在假体植入初期对骨整合有重要作用，适宜粗糙的假体表面可以更好的协调假体植入后的成骨细胞与破骨细胞作用，从而提高骨整合率。Giordano 等[7]通过对4种不同种植体表面细胞黏附、增殖、分化的研究发现：细胞在酸蚀处理后的假体表面可以很好的黏附、增殖、分化。Franchi等[8]研究发现二氧化锆喷沙钛种植体表面形成的腔隙与骨细胞陷窝相似可作为间充质干细胞黏附的支架。Grassi等[9]证实酸蚀处理的钛种植体界面比单纯的机压表面更有利于假体界面的骨整合。激光处理种植体表面是近年来研究的一种新方法，已有试验证实可产生理想的粗糙度，并且处理过程中材质不需接触种植体表面，所以不会对种植体表面产生污染。Romanos等[10]通过对几种不同材料进行激光处理后观察成骨细胞黏附率发现：经过激光照射后的钛种植体表面可加速成骨细胞的黏附从而促进新骨形成。Jakse等[11]研究示，经低水平激光处理的钛种植体表面对骨整合可能存在积极意义。Kesler及Salina等[12-13]均实验证明Er:YAG激光可促进骨－假体接触率及骨整合率。电荷修饰是利用假体表面与细胞所带电荷的性质不同，通过异电相吸的原理促进细胞在假体表面的黏附。有学者研究发现在无血清时，细胞在带有正电荷的表面上的黏附增加[14]。预湿修饰的原理是细胞必须在有生物溶液的情况下才能与生物材料直接黏附，体液中的某些生物蛋白可沉积于载体表面，对细胞黏附起重要作用，这些蛋白包括玻基结合素，纤维结合素等。
化学修饰是指通过改变载体表面的化学特性，使之产生与细胞表面分子之间的特异相互作用，不仅作用于细胞表面性质，而且会引起细胞内部结构和功能密切相关的变化。其主要研究内容包括两个方面，其一是提高种植体的表面能，金属表面有较高表面能时，大分子物质易弯曲变形、吸附、增加附着点，另一种则在种植体表面形成生物活性物质涂层。涂层可以改变原种植体的表面结构，增强种植体与骨的机械性结合；可以引导骨生长，加速骨沉积于种植体表面，缩短结合时间；可以阻止种植体金属离子释放；可以提高改变种植体的机械强度，改善种植体的弹性模量。王程越等[15]通过离子束辅助沉积技术在钛种植体酸蚀表面制备羟基磷灰石涂层研究发现羟基磷灰石涂层可明显促进骨髓源性成骨细胞的增殖及其成骨表型的表达，是一种有应用前景的种植体表面处理方法。Nilsson等[16]通过对97例不同材料的人工全膝关节置换术后患者进行2年随访发现具有表面羟基磷灰石涂层的无螺纹的假体松动率最低，是最适宜的假体置换材料。Simunek等[17]研究示，羟基磷灰石涂层钛种植体可促进界面骨整合，但长期效果仍待进一步观测。Iezzi等[18]通过对两枚植入14年的羟基磷灰石涂层的种植体研究显示，涂层周围无急慢性炎症征象，涂层无明显溶解吸收。Borsari等[19]发现羟基磷灰石涂层钛种植体对老年人及骨质疏松者骨整合有积极意义。杨成等[20]通过探讨磷酸钙溶胶涂层是否能促使多孔型钛合金（Ti一6A1—4V）种植体表面骨内向生长(即骨组织向孔内生长)的研究表明：愈合早期，多孔型种植体表面磷酸钙溶胶涂层能有效地促使骨组织向孔内生长,形成骨与种植体界面广泛的骨结合。
生物修饰主要是采用一些生物学的方法增加界面骨整合率。生物修饰主要包括贴壁因子预涂和细胞因子修饰，贴壁因子预涂是指将一些具有生物活性功能的物质如氨基酸单分子聚合物、寡肽、糖脂及某些蛋白质固定在载体表面，使细胞与载体产生配体与受体的关系，从而促进细胞黏附、生长、繁殖及分化。随着对成骨细胞结合位点研究的深入发展，发现细胞膜上整合素受体可以识别RGD(Arg—Gly—Asp)序列并介导细胞基质黏附。Auernheimer等[21]通过体外复合RGD于钛种植体表面研究指出这种方式可为成骨细胞的稳定黏附提供新型的锚定体。Schuler等[22]研究发现：复合RGD的钛种植体表面成骨细胞的数量多于未复合者，并与RGD的密度成正相关。宫苹等[23]观察发现：I、III型胶原涂层种植体对骨整合具生物学及力学意义。近来研究发现某些细胞因子复合到载体上亦可促进骨整合，Liu等[24]通过大鼠模型观察复合磷酸钙及骨形态发生蛋白的钛种植体异位成骨能力的研究提示：复合磷酸钙及骨形态发生蛋白的钛种植体不仅能够诱导体内异位骨形成，而且能够在低药理水平下维持很长时间成骨能力。Santin等[25]研究表明磷脂酰丝氨酸作为成骨细胞膜的重要组成部分能够促进钙磷的沉积，可作为生物涂层材料。Schmidmaier等[26]通过体外细胞培养发现，复合胰岛素样生长因子I和转化生长因子β1的钛种植体能够促进成骨细胞的分化及I型胶原的产生。Wildemann等[27]不仅发现胰岛素样生长因子I和转化生长因子β1涂层的钛种植体能够促进I型胶原的产生，而且还发现胰岛素样生长因子I和转化生长因子β1的生物活性可以维持14个月。Sumner等[28]研究发现联合应用转化生长因子β2 和骨形态发生蛋白2比单独应用其中一种成分更能促进界面的骨整合。Anitua[29]实验表明经血小板衍生生长因子处理后的钛种植体可提高骨整合率，并能在临床上改善患者的预后。Becker等[30]通过动物实验研究发现人骨形态发生蛋白2通过共价键或非共价键与钛种植体结合均能提高其界面的骨沉积。

4 结论

人工假体修饰方法虽有多种，但均可增加假体－骨界面骨整合率，从而为临床降低人工假体置换术后假体松动并发症提供理论依据。虽然近年来对假体-骨界面的研究日益成熟，但很多微观的机制还没有研究清楚，比如假体周围细胞的具体生物学行为及其影响因素，影响假体-骨界面骨整合率的因素，随着对假体-骨界面研究的深化及各种新理论新学说的提出，必将为临床提供一种有效，经济的预防假体松动的方法。

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关于作者：第一作者构思并设计本综述，第一作者解析相关数据，经2次修改3次审校，所有作者共同起草，第一作者对本文负责。

利益冲突：无利益冲突。

伦理批准：没有与相关伦理道德冲突的内容。

此问题的已知信息：人工假体与骨界面之间的结合为骨整合，一定的物理、化学或生物处理均可促进界面的骨整合。

本综述增加的新信息：可在现组织学基础上进行更深层次的研究，如细胞的具体黏附机制，增殖的生物学特点、细胞与假体之间相互作用的具体方式以及影响界面骨整合的各种因素分析及其具体机制。