近期，鄭州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院關(guān)紹康教授團(tuán)隊(duì)在科愛(ài)創(chuàng)辦的期刊Bioactive Materials上發(fā)表文章：ZE21C鎂合金縫合錨釘的降解行為及其對(duì)韌帶-骨的修復(fù)效應(yīng)。研究采用ZE21C鎂合金設(shè)計(jì)制備了縫合錨釘。ZE21C縫合錨釘在重建SD大鼠髕韌帶-脛骨近端12周后仍能保持完整的機(jī)械結(jié)構(gòu)，并且促進(jìn)了縫合錨釘上方的骨愈合和纖維軟骨界面的再生，加速了韌帶-骨的修復(fù)。
1、研究?jī)?nèi)容簡(jiǎn)介
韌帶/肌腱從其附著的骨骼上斷裂是比較常見(jiàn)的骨骼肌肉疾病。針對(duì)這種疾病，臨床上目前常常的手術(shù)器件是縫合錨釘。而目前臨床上常用的縫合錨釘由于其在降解性、生物相容性或者機(jī)械性能等方面存在著局限性，手術(shù)翻修率仍處于較高水平。而近些年來(lái)，鎂及鎂合金由于其接近骨的楊氏模量、可生物降解性以及良好的生物相容性被視為是極大潛力的骨科植入物材料。本研究基于課題組自主研發(fā)的ZE21C鎂合金設(shè)計(jì)制備了一種新型縫合錨釘，成功重建SD大鼠髕韌帶-脛骨近端并修復(fù)撕脫的髕韌帶（圖1）。
圖1 ZE21C鎂合金縫合錨釘?shù)脑O(shè)計(jì)及手術(shù)實(shí)驗(yàn)流程圖
本研究首先探究了ZE21C縫合錨釘?shù)捏w內(nèi)降解行為（圖2）。在ZE21C縫合錨釘植入后，降解不可避免地產(chǎn)生氫氣，術(shù)后1天由于韌帶-骨存在間隙，出現(xiàn)輕微皮下氣腫，之后隨著植入時(shí)間延長(zhǎng)，氫氣釋放速率下降，氫氣逐漸被組織吸收，術(shù)后8周和12周，ZE21C縫合錨釘周?chē)鷼怏w陰影消失，周?chē)敲芏戎饾u接近平均骨密度。通過(guò)Micro CT提取植入后的ZE21C縫合錨釘三維形態(tài)，計(jì)算其降解速率及剩余體積。觀察發(fā)現(xiàn)ZE21C鎂合金縫合錨釘在植入后的前4周降解速率相對(duì)較高，之后逐漸減慢，到植入12周后鎂合金縫合錨釘剩余體積約為原體積的75%，仍能保持較完整的機(jī)械結(jié)構(gòu)。根據(jù)ZE21C錨釘不同部位的降解情況，結(jié)合其體內(nèi)有限元力學(xué)及周?chē)M織變化分析，發(fā)現(xiàn)植入前期（0~4周）高應(yīng)力錨釘尾部（Ⅲ部分）降解迅速，植入后期（4~12周）錨釘上方骨組織的愈合加速錨釘頭部（Ⅰ部位）的降解。另外，相比于TC4組，ZE21C組錨釘上方新生骨組織的體積較多，小梁骨厚度較大，這說(shuō)明ZE21C縫合錨釘能夠促進(jìn)錨釘上方骨愈合。
圖2 ZE21C鎂合金縫合錨釘?shù)捏w內(nèi)降解行為
本研究又從影像學(xué)、膝關(guān)節(jié)功能恢復(fù)、組織學(xué)以及生物力學(xué)等角度分析了ZE21C縫合錨釘對(duì)韌帶-骨的組織修復(fù)效應(yīng)（圖3）。從大體觀察可以看出，隨著術(shù)后時(shí)間的延長(zhǎng)兩組韌帶-骨逐漸整合。從韌帶-骨功能恢復(fù)角度，兩組膝關(guān)節(jié)活動(dòng)度也隨著術(shù)后時(shí)間延長(zhǎng)逐漸升高，術(shù)后12周，兩組膝關(guān)節(jié)ROM恢復(fù)至正常水平，ZE21C組恢復(fù)效果更加顯著。從韌帶-骨組織學(xué)角度，在術(shù)后4周，ZE21C組觀察到纖維軟骨再生。相比之下，TC4組僅觀察到纖維血管肉芽組織。術(shù)后8周兩組新形成的纖維軟骨較多，而ZE21C組的纖維軟骨區(qū)比TC4組較大，排列有序。術(shù)后12周，ZE21C組比對(duì)照組有更成熟的纖維軟骨組織和更大的組織面積。從韌帶-骨生物力學(xué)角度， ZE21C組的韌帶-骨的極限破壞載荷、極限應(yīng)力和剛度均顯著高于TC4組。ZE21C縫合錨釘在植入過(guò)程中能夠促進(jìn)韌帶-骨修復(fù)。
圖3 ZE21C鎂合金縫合錨釘對(duì)韌帶-骨的組織修復(fù)效應(yīng)
綜上，該研究采用ZE21C鎂合金制備縫合錨釘重建SD大鼠髕骨韌帶和脛骨近端。ZE21C縫合錨釘可在植入后12周內(nèi)維持其機(jī)械結(jié)構(gòu)，其降解促進(jìn)縫合錨釘上方的骨愈合和纖維軟骨界面再生的同時(shí)促進(jìn)韌帶-骨的修復(fù)。該研究為今后可降解鎂合金縫合線錨釘?shù)呐R床應(yīng)用提供了理論指導(dǎo)。
圖4 論文摘要圖
原文信息
Delin Ma, Jun Wang*, Mingran Zheng , Yuan Zhang , Junfei Huang, Wenxiang Li，Yiwen Ding , Yunhao Zhang , Shijie Zhu , Liguo Wang , Xiaochao Wu , Shaokang Guan*.
Degradation behavior of ZE21C magnesium alloy suture anchors and their effect on ligament-bone junction repair.
Bioactive Materials, 26 (2023) 128-141.
京公網(wǎng)安備11010802046783號(hào)
