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上海交大可降解镁合金有望应用临床造福患者
金陵 2015-12-12
导语

上海交通大学轻合金精密成型国家工程研究中心生物材料研究组,研发出一种可在动物体内完全降解的新型镁合金材料,有望被用来制造新一代的心血管支架。新合金兼具一定期限内服役的持久功能性和最终完全降解的特性,将是体内临时植入医疗器械的理想材料,该材料制成的心血管支架可用于治疗动脉粥样硬化等心血管疾病。

      在生物体内,以可降解吸收的镁合金为代表的新一代医用金属材料越来越受到关注。这类新型医用金属巧妙利用其在人体环境中可腐蚀降解的特性,实现金属 植入物在体内逐渐降解直至消失的医学临床目的,它可避免传统不降解医用金属植入材料需二次手术取出的弊端,可减轻病人痛苦和经济负担。例如心血管支架,全 降解镁合金支架可以解决支架植入后“血管再狭窄”的问题。

     基于以上优点,可降解医用镁合金材料被誉为“革命性金属生物材料”,成为目前生物材料领域研究的热点。     

      临床上经常发生因细菌感染导致骨内植物植入手术失败而需取出的案例,所以骨内植入物材料具有广谱抗菌功能对临床而言意义重大。为此,上海交通大学丁文江院士、袁广银教授团队致力于研发医用镁合金JDBM(Jiaoda Bio-Mg 交大生物镁),具有良好的广谱抗菌功能。该材料应用于制备骨内植物器械,可望解决临床上常发生的因细菌感染导致骨内植物手术失败的临床实际问题,造福广大 患者。     

      近日,生物材料领域国际著名学术期刊Biomaterials在线刊出了上海交通大学丁文江院士、袁广银教授团队研发的专利医用镁合金 JDBM(Jiaoda Bio-Mg 交大生物镁)的最新成果,表明JDBM镁合金材料不但具有独特的均匀可控降解特性,而且具有广谱抗菌效果。该文以“Enhanced antibacterial properties, biocompatibility, and corrosion resistance of degradable Mg-Nd-Zn-Zr alloy ”为题发表在Biomaterials53(2015) 211-220上,由上海交大附属第六人民医院张先龙教授团队和袁广银教授团队合作发表。该文通过体外和体内研究互相验证的方法发现基于JDBM镁合金优 异的耐均匀腐蚀特性,同时结合该医用镁合金设计时含有广谱抗菌效果的合金元素,从而巧妙地利用镁合金降解时持续释放的金属离子达到广谱抗菌的效果。临床上 经常发生因细菌感染导致骨内植物植入手术失败而需取出的案例。JDBM镁合金材料应用于制备骨内植物器械,有望解决临床上常发生的因细菌感染导致骨内植物 植入手术失败的实际问题,对临床应用而言意义重大。 

图a为JDBM镁合金和纯镁克氏针样品植入大鼠股骨 髓腔中4周降解后的形貌比较(JDBM显示均匀降解;纯镁显示不均匀降解特征);图b为相应的植入4周后的降解速率,显示JDBM具有更优异的抗均匀降解 性能。(摘自 Fig.8, Biomaterials 53(2015) 211-220)

植入物表面及股骨中所含的细菌 (a)从大鼠股骨中取出的Ti、Mg和JDBM克氏针滚板后的细菌培养图片;(b)克氏针滚板后,涂板计数表面粘附的细菌;(c)股骨研磨成粉,涂板计数 其中所含的细菌。结果显示JDBM镁合金具有显著的抗菌效果。(摘自 Fig.6, Biomaterials 53(2015) 211-220)

JDBM镁合金心血管血管支架刚植入初期的血管造影 (图a)及其IVUS图(图c);植入16周后对应的血管造影(图b)及其IVUS随访图(图d),显示16周后JDBM支架贴壁良好,仍保持血管支撑作 用,无内膜增生等不良现象。(摘自: Fig.4, Nanoscale 5(20)2013:9517-22 )

      近年来,在丁文江指导下,袁广银带领课题组瞄准临床应用,不断攻克难关,在国际上首次提出了“相电位调控医用镁合金降解行为”的研究思想,成功解决 了“医用镁合金均匀可控降解”这一世界性难题。针对骨内植物器械在植入初期,由于肌体应激反应,植入物附近会呈现酸性体内微环境而加速镁合金降解的现象, 课题组成功研发了一种具有生物活性、与基体结合力强的可降解Ca-P涂层专利技术,不但成功解决了镁合金植入物初期过快降解的问题,同时还发现这种Ca- P涂层具有促进新骨形成的骨诱导功能。调节涂层厚度,还可进一步调控骨内植物器械的降解速率,以便达到镁合金骨内植物与新骨形成速度匹配的目的,有望实现 医用镁合金骨内植物均匀可控降解的临床目标。     

      近三年来,在国家863课题、科技部支撑项目、上海市基础研究重大项目等资助下,袁广银课题组通过和临床医生团队紧密合作,在可降解骨修复用镁合金 材料和可降解镁合金血管支架方向上先后取得了一系列具有重要临床应用价值的成果,分别发表于Biomaterials53(2015) 、ACS Appl Mater Interfaces 7(2015)、 ACS Appl Mater Interfaces 6(2014)、Corro Sci 78(2014)、Nanoscale 5(20)(2013)等国际知名学术期刊上,获得授权医用镁合金材料及其器械相关专利10项,成果引起了国内外同行的广泛关注。如 Nanoscale2013论文刊出两周后即被英国皇家化学学会所属学术刊物Chemistry World 作为研究亮点进行专题报道。(评论链接:http://www.rsc.org/chemistryworld/2013/08/biodegradable-vascular-stent-atherosclerosis)。 评论认为:“New alloy(JDBM) that balances durability and degradation is ideal material for medical devices that alleviate atherosclerosis.”。该合金的强韧性和腐蚀降解性能以及生物相容性全面超越目前欧洲正在临床实验的WE43合金,达到了国际先进水平。目 前,JDBM系列医用镁合金材料在骨内植物和心血管支架两个方面的大动物实验均在按计划进行,袁广银也应邀先后赴美国、德国、日本和韩国等国做医用镁合金 的学术交流,与美国、德国、意大利、日本等国的研究机构签订国际合作研究协议,开展广泛的国际合作研究。


丁文江教授简介:

上海交通大学教授,博士生导师,Email:wjding@sjtu.edu.cn

个人经历:

丁文江,1953年3月出生,中共党员。现任上海交通大学校务委员会副主任,上海市科协副主席,教授,博士生导师。1970年4月参加工作,1978年7月毕业于上海交通大学铸造专业,1981年3月在上海交通大学材料科学及工程系获硕士学位。曾任上海交通大学材料科学与工程学院副院长、上海交通大学高新技术办公室主任、上海交通大学校长助理、上海交通大学副校长、上海市科委副主任等职务。

多年从事轻合金材料及精密成型研究,获得多项科技成果奖励和荣誉称号,2003年获国家科技进步二等奖,2006年获国家技术发明奖二等奖,并曾获中国优秀青年科技创业奖、GM中国科技成就一等奖,被人事部、国家教委评为中国优秀回国人员并入选国家教委跨世纪优秀人才培养计划和国家百千万人才工程第一第二层次人选。先后被评为上海市劳动模范、全国先进工作者、全国劳动奖章获得者和上海市第五届科技十大精英。

(本文整理自上海交通大学网站http://www.sjtu.edu.cn

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作者 金陵

本科生

北京大学

活跃作者
  • 爱因斯坦 科研工作者 北京航空航天大学 博士
  • 梅西 本科生 北京工业大学 本科
  • 金陵 本科生 北京大学 本科


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