一、任务来源：计划外自选项目 二、应用领域和技术原理 A、应用领域：卫生技术； B、技术原理：利用人工骨材料合成技术、骨组织工程技术和同种异体移植技术相结合的方法，保留了同种异体骨原有的骨诱导活性成分，获得人工骨材料内部三维微观结构的可控性，宏观形状的可塑性目的，改善了骨替代材料在骨传导和新骨形成过程中“爬行替代”过程，最终解决了同种异体皮质骨临床应用的难题。 主要研究内容 [方法] 1、复合人工骨替代生物材料合成：同种异体皮质骨的获得、皮质骨粉的制备、超临界流体技术合成材料、制孔剂滤出、钴辐射消毒； 2、理化性质的研究：大体观察、生物力学指标检查、孔隙率、孔径扫描电镜检查、降解不同时间PH值、降解性能等指标的检查； 3、复合人工骨替代生物材料的生物学评价：材料浸提液培养成骨细胞细胞系，通过倒置相差显微镜、四唑盐（MTT）、扫描电镜等方法，观察材料对细胞生长、增值和代谢的影响；选择浸提液皮下注射过敏实验和材料肌袋内埋入实验来评价材料动物使用的安全性； 4、腔隙性骨缺损动物实验模型的建立：实验动物的选择，手术部位、缺损大小的设计，动物骨缺损可靠性、稳定性的检查； 5、复合人工骨生物替代材料修复骨缺损的动物实验研究：材料修复骨缺损过程。 三、 性能指标（写明合同要求的主要性能指标和实际达到的性能指标） 1、材料的合成：死亡时间小于12小时的新鲜尸体，无菌条件取材，-76摄氏度深冻，超声清洗，液氮冷冻下粉碎，获得的骨粉保留了同种异体骨原有的骨诱导活性成分；超临界流体技术合成材料避免有机溶剂的残留，高温，达到体内材料植入的要求；钴60辐射消毒对材料的理化、生物学性质均不产生影响。 2、理化性质的研究：过200目筛网后同种异体骨粉颗粒均匀，颗粒直径80～100um左右，有利于骨替代，新骨形成，以便改善皮质骨植入体内后的“爬行替代”过程；经超临界二氧化碳技术制备的材料色泽乳白，形状与铸模相同，达到了外形的可塑目的；力学抗压指标达到72.2MPa；孔隙率可以达到85％；电镜照片孔径测量50～200um之间，孔隙连通性好；材料降解过程的PH值可以稳定在6.8左右。 3、复合人工骨替代生物材料的生物学评价：材料浸提液培养细胞生长状态良好，增殖旺盛，排列有一定的方向性，细胞呈梭形，有粗大的突起，细胞核大，圆形，试验组和标准培养基组细胞没有明显差别；经MTT法检测后，发现试验组细胞增殖较快，与标注培养基组无明显差别，优于聚乳酸对照组；细胞与材料复合培养，发现有较多细胞黏附于材料表面，倒置显微镜下可见材料碎屑周围，成骨细胞生长良好，增殖旺盛，细胞与材料接触紧密；浸提液鼠背注射无致敏；肌袋内埋藏无明显的炎性反应。 4、腔隙性骨缺损动物实验模型的建立：全组动物无死亡，伤口均I期愈合，观察值无脱失；大体观察实验组植骨区剖面质地变硬，均匀一致，断面可见小梁性结构，裸露区“壳”增厚，对照组缺损区有软组织向骨缺损处长入，刨开断面后，骨缺损中心有瘢痕组织，偶有残留少量空隙；12周X线检查自体骨组骨缺损区密度较高，均匀一致，接近正常皮质骨密度，裸露区的皮质骨影宽度与上方正常的皮质骨影相连，骨缺损被修复，空白组骨缺损周围出现轻度硬化，髓腔内呈现低密度影，骨缺损未被修复；组织学检查自体骨植入区骨组织再塑加强，哈弗氏骨管增多、成熟，骨量密集，有极向性，并出现髓腔及造血细胞，空白组肉芽停止生长，成骨组织形成活动停止。 5、复合人工骨生物替代材料修复骨缺损的动物实验研究：新型同种异体骨材料植入腔隙性骨缺损处，12周观察材料基本融入髓腔内，不容易分辨，根据手术的部位，材料的硬度高于周围组织，与皮质骨硬度相当；X线检查出现骨的重建，出现少量的硬化骨组织，髓腔部分再通；组织学观察材料内部软骨基质钙化，形成编织骨，且部分成骨小梁样结构，高倍放大后发现骨有伪足样突起，细胞功能活跃；扫面电镜可见骨性小梁形成，交织成网状，放大倍数可以观察到位于骨陷窝内的骨细胞。 [结论] 本课题研究通过PLA与人种骨皮质在超临界流体技术作用下复合成功制成复合人工骨，经理化、力学、电镜扫描、体外降解等实验证实理化性质良好，有较好的力学强度，满足组织工程支架和骨组织替代作用。通过进一步作复合人工骨生物学研究发现，该材料不但对成骨细胞有较好的黏附作用，还有进一步促进骨细胞生长的作用，没有明显的免疫排斥和炎症。通过动物实验进一步证实该材料组织相容性好，植入骨缺损区可以提供组织生长支架，为骨细胞爬行和血管生长提供必要条件，最终使骨缺损获得修复，改善了同种异体皮质骨植入体内后的“爬行替代”过程，解决了皮质骨移植的难题，证明该种新型异体植骨材料可以用于骨缺损的治疗，有较好的价值。 四、与国内外同类技术比较 该项目研究的新型同种异体植骨材料改善了羟基磷灰石、磷酸三钙、硫酸钙陶瓷或骨水泥形式材料的力学性能差、脆性大、抗压和抗折强度低加工成复杂的结构困难；提高了人工合成的有机高分子材料PLA、PGA和其同分异构体体内降解速度差、降解产物干扰人体正常生理环境，材料亲水力不够等问题；发现该材料既保留了同种异体骨原有的天然骨诱导活性分子、无机和有机成分，而且材料内部三维微观结构可控、宏观形状可塑，从而改善皮质骨移植中吸收慢、影响新骨形成等问题，并可进一步降低移植物的免疫源性和移植物携带病毒的风险，深入开展临床研究，在国内居于领先水平。 五、成果的创造性、先进性 该项目研制的材料在国内首次提出将同种异体皮骨与组织工程生物生物复合材料技术结合，解决同种异体皮质骨临床应用的难题。 由于材料的外形可塑，结合目前先进的内固定技术，解决结构性植骨的难题。 六、作用意义（直接经济效益和社会意义） 目前国内外尸体捐献的限制，异体骨植骨材料原料日趋紧张，通过本实验研究，避免了骨库皮质骨原材料的浪费，变废为宝。 由于新型异体骨植骨材料内部三维微观结构可控，材料合成过程中无高温、无有机溶剂残留、保留皮质骨内在活性成分，体外与成骨细胞结合紧密，因此体外构建组织化人工骨得以实现。 由于材料的外形可塑，结合目前先进的内固定技术，解决结构性植骨的难题，使得临床上大量严重骨缺损病人的问题得以解决。 七、推广应用的范围、条件和前景以及存在的问题和改进意见 该新型同种异体植骨材料考虑下一步进行更细致的研究，将实验结果进行详细的定量技术研究，推广临床应用，由于应用简单、方便，可在各种级别临床医院骨科均可应用。 存在问题： a.虽然材料内部空隙的形成有利于成骨细胞的爬行，但是降低了材料生物力学性能，作为结构性植骨材料，还会担心折断的可能，建议进一步研究，以提高材料的力学性能。 B.体外构建组织工程化骨的问题复杂，涉及方面广泛，本研究仅涉及到成骨细胞与材料的复合，没有涉及各种细胞因子（例如BMP、GEF、GPEF等）及其它类型细胞。 改进意见： a.材料的内部微孔的获得与材料良好的力学性能获得存在矛盾，材料植入体内后由于快速成骨，血管张入，使得材料力学性能很快得以提高，结合目前的先进内固定器械的应用，使得结构性植骨问题得以解决。 B.由于材料合成技术的特点，可以将任何细胞因子、不同类型蛋白融入材料内部，而不是简单黏附于材料表面，而达到缓释系统的作用，使得材料具有多种功能性，同时也可与其他类型细胞（如管内皮细胞）复合，促进血管张入，获得更好的骨缺损修复效果。 推广应用前景与措施 新型同种异体骨应用简便易行，动物实验证实治疗骨缺损效果可靠，对机体无任何损伤及副作用，适应社会不同的地域、人群；无需特殊场地要求，适合各种手术室术中应用，易于发展和推广，是治疗腔隙性和结构性骨缺损的良好方法。 由于改善了异体皮质骨植入体内爬行替代过程，为骨组织移植库提供新的材料合成方法，节约成本，提供新产品，变废为宝，可取得良好的经济效益。

一、任务来源：计划外自选项目 二、应用领域和技术原理 A、应用领域：卫生技术； B、技术原理：利用人工骨材料合成技术、骨组织工程技术和同种异体移植技术相结合的方法，保留了同种异体骨原有的骨诱导活性成分，获得人工骨材料内部三维微观结构的可控性，宏观形状的可塑性目的，改善了骨替代材料在骨传导和新骨形成过程中“爬行替代”过程，最终解决了同种异体皮质骨临床应用的难题。 主要研究内容 [方法] 1、复合人工骨替代生物材料合成：同种异体皮质骨的获得、皮质骨粉的制备、超临界流体技术合成材料、制孔剂滤出、钴辐射消毒； 2、理化性质的研究：大体观察、生物力学指标检查、孔隙率、孔径扫描电镜检查、降解不同时间PH值、降解性能等指标的检查； 3、复合人工骨替代生物材料的生物学评价：材料浸提液培养成骨细胞细胞系，通过倒置相差显微镜、四唑盐（MTT）、扫描电镜等方法，观察材料对细胞生长、增值和代谢的影响；选择浸提液皮下注射过敏实验和材料肌袋内埋入实验来评价材料动物使用的安全性； 4、腔隙性骨缺损动物实验模型的建立：实验动物的选择，手术部位、缺损大小的设计，动物骨缺损可靠性、稳定性的检查； 5、复合人工骨生物替代材料修复骨缺损的动物实验研究：材料修复骨缺损过程。 三、 性能指标（写明合同要求的主要性能指标和实际达到的性能指标） 1、材料的合成：死亡时间小于12小时的新鲜尸体，无菌条件取材，-76摄氏度深冻，超声清洗，液氮冷冻下粉碎，获得的骨粉保留了同种异体骨原有的骨诱导活性成分；超临界流体技术合成材料避免有机溶剂的残留，高温，达到体内材料植入的要求；钴60辐射消毒对材料的理化、生物学性质均不产生影响。 2、理化性质的研究：过200目筛网后同种异体骨粉颗粒均匀，颗粒直径80～100um左右，有利于骨替代，新骨形成，以便改善皮质骨植入体内后的“爬行替代”过程；经超临界二氧化碳技术制备的材料色泽乳白，形状与铸模相同，达到了外形的可塑目的；力学抗压指标达到72.2MPa；孔隙率可以达到85％；电镜照片孔径测量50～200um之间，孔隙连通性好；材料降解过程的PH值可以稳定在6.8左右。 3、复合人工骨替代生物材料的生物学评价：材料浸提液培养细胞生长状态良好，增殖旺盛，排列有一定的方向性，细胞呈梭形，有粗大的突起，细胞核大，圆形，试验组和标准培养基组细胞没有明显差别；经MTT法检测后，发现试验组细胞增殖较快，与标注培养基组无明显差别，优于聚乳酸对照组；细胞与材料复合培养，发现有较多细胞黏附于材料表面，倒置显微镜下可见材料碎屑周围，成骨细胞生长良好，增殖旺盛，细胞与材料接触紧密；浸提液鼠背注射无致敏；肌袋内埋藏无明显的炎性反应。 4、腔隙性骨缺损动物实验模型的建立：全组动物无死亡，伤口均I期愈合，观察值无脱失；大体观察实验组植骨区剖面质地变硬，均匀一致，断面可见小梁性结构，裸露区“壳”增厚，对照组缺损区有软组织向骨缺损处长入，刨开断面后，骨缺损中心有瘢痕组织，偶有残留少量空隙；12周X线检查自体骨组骨缺损区密度较高，均匀一致，接近正常皮质骨密度，裸露区的皮质骨影宽度与上方正常的皮质骨影相连，骨缺损被修复，空白组骨缺损周围出现轻度硬化，髓腔内呈现低密度影，骨缺损未被修复；组织学检查自体骨植入区骨组织再塑加强，哈弗氏骨管增多、成熟，骨量密集，有极向性，并出现髓腔及造血细胞，空白组肉芽停止生长，成骨组织形成活动停止。 5、复合人工骨生物替代材料修复骨缺损的动物实验研究：新型同种异体骨材料植入腔隙性骨缺损处，12周观察材料基本融入髓腔内，不容易分辨，根据手术的部位，材料的硬度高于周围组织，与皮质骨硬度相当；X线检查出现骨的重建，出现少量的硬化骨组织，髓腔部分再通；组织学观察材料内部软骨基质钙化，形成编织骨，且部分成骨小梁样结构，高倍放大后发现骨有伪足样突起，细胞功能活跃；扫面电镜可见骨性小梁形成，交织成网状，放大倍数可以观察到位于骨陷窝内的骨细胞。 [结论] 本课题研究通过PLA与人种骨皮质在超临界流体技术作用下复合成功制成复合人工骨，经理化、力学、电镜扫描、体外降解等实验证实理化性质良好，有较好的力学强度，满足组织工程支架和骨组织替代作用。通过进一步作复合人工骨生物学研究发现，该材料不但对成骨细胞有较好的黏附作用，还有进一步促进骨细胞生长的作用，没有明显的免疫排斥和炎症。通过动物实验进一步证实该材料组织相容性好，植入骨缺损区可以提供组织生长支架，为骨细胞爬行和血管生长提供必要条件，最终使骨缺损获得修复，改善了同种异体皮质骨植入体内后的“爬行替代”过程，解决了皮质骨移植的难题，证明该种新型异体植骨材料可以用于骨缺损的治疗，有较好的价值。 四、与国内外同类技术比较 该项目研究的新型同种异体植骨材料改善了羟基磷灰石、磷酸三钙、硫酸钙陶瓷或骨水泥形式材料的力学性能差、脆性大、抗压和抗折强度低加工成复杂的结构困难；提高了人工合成的有机高分子材料PLA、PGA和其同分异构体体内降解速度差、降解产物干扰人体正常生理环境，材料亲水力不够等问题；发现该材料既保留了同种异体骨原有的天然骨诱导活性分子、无机和有机成分，而且材料内部三维微观结构可控、宏观形状可塑，从而改善皮质骨移植中吸收慢、影响新骨形成等问题，并可进一步降低移植物的免疫源性和移植物携带病毒的风险，深入开展临床研究，在国内居于领先水平。 五、成果的创造性、先进性 该项目研制的材料在国内首次提出将同种异体皮骨与组织工程生物生物复合材料技术结合，解决同种异体皮质骨临床应用的难题。 由于材料的外形可塑，结合目前先进的内固定技术，解决结构性植骨的难题。 六、作用意义（直接经济效益和社会意义） 目前国内外尸体捐献的限制，异体骨植骨材料原料日趋紧张，通过本实验研究，避免了骨库皮质骨原材料的浪费，变废为宝。 由于新型异体骨植骨材料内部三维微观结构可控，材料合成过程中无高温、无有机溶剂残留、保留皮质骨内在活性成分，体外与成骨细胞结合紧密，因此体外构建组织化人工骨得以实现。 由于材料的外形可塑，结合目前先进的内固定技术，解决结构性植骨的难题，使得临床上大量严重骨缺损病人的问题得以解决。 七、推广应用的范围、条件和前景以及存在的问题和改进意见 该新型同种异体植骨材料考虑下一步进行更细致的研究，将实验结果进行详细的定量技术研究，推广临床应用，由于应用简单、方便，可在各种级别临床医院骨科均可应用。 存在问题： a.虽然材料内部空隙的形成有利于成骨细胞的爬行，但是降低了材料生物力学性能，作为结构性植骨材料，还会担心折断的可能，建议进一步研究，以提高材料的力学性能。 B.体外构建组织工程化骨的问题复杂，涉及方面广泛，本研究仅涉及到成骨细胞与材料的复合，没有涉及各种细胞因子（例如BMP、GEF、GPEF等）及其它类型细胞。 改进意见： a.材料的内部微孔的获得与材料良好的力学性能获得存在矛盾，材料植入体内后由于快速成骨，血管张入，使得材料力学性能很快得以提高，结合目前的先进内固定器械的应用，使得结构性植骨问题得以解决。 B.由于材料合成技术的特点，可以将任何细胞因子、不同类型蛋白融入材料内部，而不是简单黏附于材料表面，而达到缓释系统的作用，使得材料具有多种功能性，同时也可与其他类型细胞（如管内皮细胞）复合，促进血管张入，获得更好的骨缺损修复效果。 推广应用前景与措施 新型同种异体骨应用简便易行，动物实验证实治疗骨缺损效果可靠，对机体无任何损伤及副作用，适应社会不同的地域、人群；无需特殊场地要求，适合各种手术室术中应用，易于发展和推广，是治疗腔隙性和结构性骨缺损的良好方法。 由于改善了异体皮质骨植入体内爬行替代过程，为骨组织移植库提供新的材料合成方法，节约成本，提供新产品，变废为宝，可取得良好的经济效益。