生物活性玻璃在医学中的应用

生物活性玻璃在医学中的应用

张旭 1 邓文振 2 陈飞飞 3 王冲冲 4

1.2.华北理工大学口腔医学院 河北 唐山 063000； 3.4.华北理工大学附属医院 河北 唐山 063000

摘要：

生物活性玻璃（bioactive glasses，BG）是由氧化钙、五氧化二磷以及氧化硅等为主要成分的无机非金属材料组成，具有良好的生物相容性，在医学领域一直受到人们的密切关注。对生物活性玻璃在医学中的应用进行综述。

关键词：生物活性玻璃；组织工程；再矿化

生物活性玻璃（bioactive glasses，BG）是由氧化钙、五氧化二磷以及氧化硅等为主要成分的无机非金属材料组成，具有良好的生物相容性。生物活性玻璃的结构呈网状，大多数由硅氧四面体组成^[1]，它是由Si-O-P键与硅氧四面体连接，而钙离子作为网络的修饰体存在于结构中，然而钙离子的存在会使得四面体的结构容易断裂，使得网络结构变得疏松易破坏，离子容易溶出，在模拟体液中能够与溶液发生离子交换，钙离子与溶液中氢离子发生交换，使得四面体中氢离子浓度升高，PH下降，加速溶解。另外钙离子与磷酸根离子以及碳酸根离子可以形成生成碳酸羟基磷灰石晶体（HCA）^[2]。羟基磷灰石具有良好的生物安全性，广泛应用骨组织工程，并且具有较好的修复、键合作用，且该材料生物安全性好植入体内后不发生炎症反应，目前被广泛地应用在生物医学领域^[3]。如颌骨缺损修复、牙体硬组织的矿化、软组织愈合的治疗等均具有较好的效果，近年来也被广泛地应用在牙科领域^[4]。以下就生物活性玻璃在医学领域的应用作一综述。

1、BG在骨组织工程中应用

骨组织工程是近年来为临床解决骨缺损兴起的一门技术。骨质工程材料是指能与组织活体细胞结合并能植入生物体的不同组织，并根据具体替代组织具备的功能的材料。骨组织材料也必须满足一定条件：①生物相容性和表面活性：有利于细胞的黏附，无毒，不致畸，不引起炎症反应，为细胞的生长提供良好的微环境，能安全用于人体。②骨传导性和骨诱导性：具有良好骨传导性的材料可以更好地控制材料的降解速度，具有良好骨诱导性的支架材料植入人体后有诱导骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化并促进其增殖的潜能。③合适的孔径和孔隙率：理想的支架材料孔径最好与正常骨单位的大小相近(人骨单位的平均大小约为223 μm)，在维持一定的外形和机械强度的前提下，通常要求骨组织工程支架材料的孔隙率应尽可能高，同时孔间具备连通孔隙，这样有利于细胞的黏附和生长，促进新骨向材料内部的长入，利于营养成分的运输和代谢产物的排出。④机械强度和可塑性：材料可被加工成所需的形状，并且在植入体内后的一定时间内仍可保持其形状。

生物活性玻璃其钙磷可以刺激成骨细胞增殖。Jablonská E^[5]通过细胞实验表明生物活性玻璃可以促进成骨。马丽娟等人^[6]用冷冻干燥法制作成聚乳酸-生物活性玻璃复合支架，在扫描电镜下可见，复合支架的表面结构呈截断样形态，其间有不均一的孔隙相联通。在体外矿化实验观察到材料表面被绒毛状的羟基磷灰石晶体完全覆盖，呈连续有规律但并不均匀的分布，且随着实验不断地进行，晶体更加紧致，含量进一步增多。表明该复合支架有令人满意的矿化性能。郑佳富^[7]采用冷冻干燥法结合逐步交联法制备生物活性玻璃/改性明胶复合水凝胶。实验表明复合水凝胶具有出色的体外矿化性能，且BG含量越高，羟基磷灰石形成能力越强。

2、BG在牙齿再矿化的应用

随着食物人们生活水平的提高，饮食也发生了巨大变化，由于饮食导致的牙齿脱矿也很常见。因此学者们寻找一种是牙齿脱矿再矿化的材料来解决患者牙齿脱矿现象。生物活性玻璃中钙磷可以使与牙齿再矿化。方谦等人^[8]利用新鲜牛牙进行脱矿后，使用生物活性玻璃溶液浸泡，表明生物活性玻璃对早期釉质龋具有再矿化作用。岳阳丽^[9]通过使用生物活性玻璃处理牙本质，得出生物活性玻璃可以促进牙本质再矿化。

3、小结

生物活性玻璃作为组织工程修复材料和牙齿再矿化生物材料，是医学领域的一个重要研究方向。它具有良好的生物活性，以及降解性能，在医学材料学中有较大的应用价值。目前，研究人员已经初步证实了可以促进骨修复，但作用机制以及对成骨细胞的基因调控仍需进一步证实。今后对其进行系统研究，解决这一问题，对推广医用材料有较大的意义。

参考文献

1. JONES, J R. Review of bioactive glass: from Hench to hybrids[J]. Acta Biomaterialia, 2013, 9(1):4457-4486.

2. HENCH L L, PASCHALL H A. Direct chemical bond of bioactive glass-ceramic materials to bone and muscle[J]. Journal of Biomedical Materials Research Part A, 1973, 7(3):25-42.

3. ZHOU L, FAN L, ZHANG F M, et al. Hybrid gelatin/oxidized chondroitin sulfate hydrogels incorporating bioactive glass nanoparticles with enhanced mechanical properties, mineralization, and osteogenic differentiation[J]. Bioactive Materials, 2021, 6(3)890-904.

4. 谢梦生, 李晓捷. 口腔组织再生领域应用中的纳米生物活性玻璃材料[J]. 中国组织工程研究, 2018, 22(14):2265-2271.

5. Jablonská E, Horkavcová D, Rohanová D, Brauer DS. A review of in vitro cell culture testing methods for bioactive glasses and other biomaterials for hard tissue regeneration. J Mater Chem B. 2020;8(48):10941-10953. doi:10.1039/d0tb01493a

6. 马丽娟,邓久鹏,尹浩月,刘圣锦,田宜文.生物活性玻璃复合支架的制备与研究[J].生物化工,2018,4(04):69-72.

7. 郑佳富. 生物活性玻璃/改性明胶复合支架的制备及性能研究[D].华南理工大学,2018.

8. 方谦,穆玉,徐晓南,等.不同浓度生物活性玻璃对早期釉质龋再矿化的作用[J].牙体牙髓牙周病学杂志,2015,25(12):729-731+728.

9. 岳阳丽,马贵霞,刘翠丽,等.生物活性玻璃促进牙本质再矿化的时间相关性体外研究[J].口腔医学研究,2020,36(12):1137-1141.

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