纳米羟基磷灰石在骨重建中的效应和机理
周 凯，黄 菲，张 娟，王 琛
【摘 要】[摘要] 由于与骨基质矿物质成份的相似性，纳米羟基磷灰石(nano- hydroxyapatite,nano-HAP)及其复合物在生物医疗再生领域引起了广泛关注。然而，我们对于nano-HAP在骨再生过程中的作用及机制尚未明确。此外，对于nano-HAP对机体是否有毒性仍有争议。本文就其在骨缺损修复方面的应用，促进骨再生的机制和生物安全性作一综述。 【期刊名称】口腔医学 【年(卷),期】2017(037)005 【总页数】4
【关键词】[关键词] 纳米羟基磷灰石；骨再生；机制；生物安全性 【
文
献
来
源
】
https://www.zhangqiaokeyan.com/academic-journal-
cn_stomatology_thesis/0201238395095.html
Stomatology,2017,37(5):453-456
羟基磷灰石(hydroxyapatite,HAP)属于生物活性陶瓷类，其密度和人类的牙齿和骨头相近，它是一种无机矿物质，具有典型的磷灰石晶体结构，其分子式为Ca10(PO4)6(OH)2。纯的HAP含有质量分数为39.68%的钙和18%的磷[1]。HAP因具有良好的生物相容性，有利于骨组织生长等优点[2]而被认为是一种最具潜力的人体硬组织替换材料，但其力学强度较差,而且无明显的生物降解性，这大大限制了它的临床应用。与大尺寸的HAP颗粒相比,纳米羟基磷灰石(nano-HAP)的力学性能和降解性能都有明显改善，因此研制各种仿生的纳米级HAP引起了研究者们的广泛兴趣[3]。
nano-HAP虽有一些应用在肿瘤方面的报道,如其本身可抑制一些肿瘤细胞的增殖[4]，或用作肿瘤药物载体[5]，但nano-HAP及其复合物主要仍应用于修复骨缺损方面[6]，而nano-HAP作为一种新型超微结构材料，其促进成骨的机制及生物安全性都尚未完全明确，故本文就其在骨再生中的应用，促进成骨的机制及生物安全性做一综述。
1 Nano-HAP在骨再生中的应用
目前，由于外伤、肿瘤、发育异常等原因造成的骨缺损的修复问题仍然是医学所面临的一个难题，此临床上对可以加快骨结合及缩短愈合时间的骨修复材料有巨大的需求[7]。当前，比较理想的骨修复材料是自体骨或同种异体骨，但由于存在二次创伤，来源有限等问题[8]，合成新型的骨替代材料成为当前的研究热点之一，nano-HAP及其复合材料是近年来兴起的一种新型骨替代材料[9]。 1.1 Nano-HAP
Nano-HAP本身具有一定的促进成骨的作用[10]，其被广泛的用作口腔植入材料、颌面外科和整形外科手术中骨缺损的修复材料[2，11]。为了提高种植体骨结合，可在口腔种植体表面涂布nano-HAP和纳米磷酸钙涂层以改善骨结合，增加种植体的固位[12]。Abd等分别采用HAP和nano-HAP修复大鼠胫骨上直径3 mm的骨缺损，结果显示nano-HAP具有良好的生物相容性，更好的机械性能[13]。Zhu等将nano-HAP与I型胶原制成混合凝胶，涂布于钛的表面，进行体外研究。结果显示：nano-HAP提高了钛的表面粗糙度，其有助于成骨细胞的附着，而I型胶原纤维提高了细胞粘附于nano-HAP的能力，使细胞在nano-HAP周围进行富集、活化，提高成骨速度[14]。 1.2 Nano-HAP支架
天然骨组织的主要成分为HAP和胶原,骨中的HAP晶体处于纳米级，纳米级的HAP与胶原重叠构成骨的框架[15]。从仿生学的角度考虑,很多学者将纳米级HAP与胶原等有机材料复合制备支架材料。Ribeiro等通过复合Ⅰ型胶原纤维及nano-HAP来模拟细胞外基质，并从形态学、机械性能以及与成骨细胞共培养情况来评估其性能，发现这种复合物对修复骨缺损及引导骨再生方面有巨大潜力[16]。Ning等用不同比例的Ⅰ型胶原纤维(ColⅠ)与nano-HAP来合成两者的复合物(Col-HA)，并研究它们对鼠间充质干细胞(MSCs)及人牙周膜干细胞(hPDSCs)的增殖及生物相容性的影响，研究显示Col-HA材料比为80∶20和50∶50时，其可以促进MSCs和hPDSCs的增殖[17]。
2 Nano-HAP促进成骨的相关机制
目前，关于nano-HAP促进成骨机制方面的研究较少。纳米颗粒可通过胞吞作用进入细胞，胞吞分为吞噬及内吞两种方式[18]。吞噬作用是指吞噬细胞直接吞噬纳米颗粒，只限于巨噬细胞和中性粒细胞等几种特殊的细胞类型。内吞作用指的是纳米颗粒附着于细胞膜上，细胞膜内陷形成囊泡,颗粒被囊泡包裹,然后囊泡从细胞膜上分离，进入细胞内部[19]。Wang 等提出nano-HAP可通过内吞作用进入细胞，然后进入溶酶体，在溶酶体内被降解释放出磷酸根离子，与ADP作用产生ATP后，代谢为腺苷，从而激活cAMP /PKA通路，促进成骨分化[20]。不同形态nano-HAP对细胞成骨分化的促进作用不同。有报道称10 nm×100 nm棒状nano-HAP与细胞共培养后，其于早期可促进细胞成骨基因尤其是ALP的表达，晚期则作用较小[21]。Zhao 等比较了球形(直径40～55 nm)和棒状(长79～100 nm，宽40～55 nm)两种形态的nano-HAP对成骨细胞的影响，结果显示：球形纳米颗粒比于棒状纳米颗粒更利于成骨。可能是因
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