压电材料修复骨缺损的应用及设计思路

作者:唐昊天; 廖荣东; 田京
更新时间:

背景:骨具有压电效应,可以将其应力转化为骨表面的电信号,调节骨代谢和生长。作为一种骨植入物,具有生物电活性的压电材料可以在表面产生电荷,恢复受损骨组织的表面电位,从而促进骨愈合。目的:从压电的角度介绍骨的压电效应,说明压电材料促进骨缺损修复的可行性和骨组织工程中压电材料的研究进展,阐述压电材料促进成骨的机理,以期为骨缺损的修复提供新的思路。方法:英文使用Piezoelectric effect、Piezoelectric materials、Piezoelectric ceramic、Piezoelectric、polymers、Osteogenesis、骨组织工程、Scaffolds、Bone defect、energy harvester作为搜索词,中文使用“压电效应、压电材料、压电陶瓷、压电聚合物、成骨、骨组织工程、细胞支架、骨缺损、能量收集器”作为搜索词,88篇文献来自PubMed、科学网、ScienceDirect、中国、知网和万方数据库。结果与结论:(1)压电材料具有应力和变形自发电的特性,可以模拟骨组织的变形,可以在细胞外基质制备生物电微环境进入生物支架,它可以给骨组织电刺激,而无需依赖生长因子和药物来增强骨修复功能。在骨缺损的治疗中具有应用前景。(2) 压电材料通过刺激细胞电压门控钙通道、51整合素和增加局部血流量促进成骨。(3) 目前,还没有发现单一的ALP能够满足压电材料组织工程的特点。因此,将压电陶瓷与压电聚合物、压电材料与生物活性材料相结合的压电复合材料应运而生。其中,压电陶瓷有机复合材料更容易加工,同时保留了压电陶瓷优异的压电性能和良好的生物相容性的优点,具有更强的生物相容性和促进骨细胞粘附和矿化的功能,是治疗骨缺损效果最好的压电材料。(4) 虽然压电材料可以模拟骨组织的生物电微环境来促进成骨,但压电材料中影响骨细胞的机制尚不清楚,不同骨组织的微环境也不同,这限制了压电材料的临床应用,随着材料研发技术的进步和压电材料对细胞作用研究的深入,压电材料有望为骨缺损的修复提供新的思路。