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镁科研

可降解医用镁基金属骨科材料应用迈向新里程

发布时间：2023-02-27 作者：综合管理部
前言



21世纪以来，生物医用可降解金属（Biodegradable Metals）成为生物医用金属材料领域最热、最活跃的研究方向。美国国家自然科学基金会于2008年批复“革命性医用金属材料”工程研究中心，投资1800万美金用于可降解镁基金属材料及植入器件研究。我国的可降解金属研究处于国际并跑阶段，特别是可降解镁基金属的设计与制备、表面改性、降解行为、生物相容性等方面已开展了大量的探索研究工作并已开始进入临床应用研究阶段。国家先后在国家重点基础研究发展计划（973）、国家高技术研究发展计划（863）、国家科技支撑计划、国家自然科学基金等项目设立了可降解金属及其医疗器械产品研发的课题，鼓励科技原始创新。

目前可降解金属材料已经发展出了以镁基、锌基、铁基等几大类代表性系列，其中镁及其合金以其优异的理化性能和良好的生物相容性脱颖而出，受到了人们的广泛关注。可降解镁骨科材料作为一种新型医用植入物，在体内服役完毕后，可以在人体内完全降解吸收，免去了病人二次开刀的心理和生理痛苦，也大大降低病人的经济负担。


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宜安科技“可降解镁骨内固定螺钉”完成临床试验


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2月17日，东莞宜安科技股份有限公司（以下简称“宜安科技”）宣布，由该公司研发的中国首款可降解高纯镁骨科植入器械产品——“可降解镁骨内固定螺钉”完成临床试验，并于当天举行新闻发布会暨医用镁合金骨科植入器械临床转化研讨会。
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据悉，这也是全球首款完成临床组的体内降解并成功吸收。2020年1月，项目在武汉大学中南医院由主要研究者喻爱喜教授启动首例临床试验，由宜安科技首席科学家、大连大学附属中山医院赵德伟教授全程指导。赵院长是国内首位将可降解镁骨钉推上临床的先行者，为镁骨钉临床研究和转化作出了巨大的贡献，积累了丰富的经验。其后，该项目在中国人民解放军联勤保障部队第九二〇医院徐永清教授、河北医科大学第三医院韩永台教授、吴啸波主任、江苏省中医院沈计荣教授、十堰市太和医院姚忠军教授、中南大学湘雅医院唐举玉教授、华中科技大学同济医学院附属协和医院冯勇教授、浙江省中医院 童培建教授、新疆医科大学第一附属医院艾合买提江·玉素甫教授等国内九家医院骨科权威专家的共同努力下，于2023年2月份顺利完成了184例临床入组试验，顺利推进了这颗“镁骨钉”的临床研究工作。
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发布会现场，宜安科技旗下全资子公司，负责医疗项目的镁安医疗器械有限公司董事长李卫荣告诉记者，德国钉和韩国钉采用镁合金材质，而“镁骨钉”由高纯镁制作而成，其他元素含量极低，不用考虑其他元素可能引发的毒性问题，同时没有合金元素产生的第二相，也不需要考虑材料中第二相物质的降解均一性、及相关降解产物的影响。
“安全性方面，镁是人体不可或缺的矿物质元素，成年人每天约需摄取几百毫克的镁，多余的量将自动排出体外，不会给人体造成危害。”李卫荣表示，镁骨钉生产成本相对较低，价格将低于其他骨钉产品，且免除了二次手术，可以帮助骨科患者降低治疗成本及生理上的创伤。
临床入组工作的完成，意味着可降解金属镁植入材料成功在人体上实现批量临床使用，标志着生物可降解金属植入物产业化步入了新阶段，促进了医用镁金属产业化的应用，具有里程碑的意义。同时标志着我国骨科植入器械技术又向国际先进水平迈出一步。
按照临床方案要求，所有入组病例术后随访期满12个月后，完成临床试验报告并提交至国家药监局，注册审批通过后，该产品可实现上市销售。
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可降解医用镁基金属骨科材料发展历史


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早在1907年，Lambotte就使用铁丝环扎术和一块带有六个钢螺丝的镁板来固定骨折的小腿，但是由于镁和铁接触后发生电化学反应，加速了镁的腐蚀，术后一天即观察到了大量的皮下气腔，并伴有局部有肿胀和疼痛。因此在排除了镁和其他金属混用后，Lambotte与其助手用镁钉治愈了4例儿童肱骨髁骨折，除发现气泡产生外，没有其它不良反应发生。

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Jean Verbrugge在接下来的几年里，采用镁及其合金（AZ63和Mg-8wt.%Al）进行了25例骨折治疗的临床实验，如图2所示。由于镁在植入后的快速腐蚀降解，镁板和镁钉固定系统植入三周后，骨折线即消失不见。除此之外，有病人反映，植入部位会有暂时的麻木感觉，但没有组织感染迹象或不良反应发生。在这些病例中，因植入尺寸以及位置不同，镁在人体内在三个星期到一年最终吸收。

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McBride进行的临床应用探索，发现镁可以加速治疗初期结缔组织的早期增殖和愈合组织的增生。1940年，Maier使用了由梭形镁片制成的针治疗肱骨骨折，并且在接下来的14年获得良好的恢复。

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尽管早期研究上显示出镁金属作为生物医用材料具有一些特有的优势，但由于其耐蚀性能不能令人满意，而当时恰巧诞生了具有生物惰性的不锈钢，所以镁金属在那个年代就被人们所放弃了。




可降解医用镁基金属骨科材料研究现状


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近些年，我们全方位投入到“创建文明城”工作中来。在硬件方面，今年我们已经投入了400多万元，新建了新时代文明实践所，进行管线整治，针对“脏乱差”等情况增置基础设施。在工作安排方面，我们在全区聘请了一百余名城市文明劝导员开展文明倡导工作。

近年来，随着金属材料技术的发展，镁合金的力学性能和耐蚀性能均得到大幅改善。生物可降解金属新概念的提出，使镁基金属的医学应用研究又重新获得重视，针对可降解镁基金属材料在骨科植入物产品中的应用进行了大量的体内外研究。

在2005年，Witte等研究了铸态AZ31、AZ91、LAE442以及WE43四种工业用镁合金在豚鼠股骨内的植入行为。研究结果表明，在植入1周后所有实验组中均在皮下发现了H2气囊，但这些气囊在2-3周后自行消失，没有对豚鼠产生不良影响。同时，这四种镁合金表面在降解的过程中均形成了一层与周围骨组织直接接触的含Ca以及P的矿物层。与PLA对照组相比，在植入6周、18周之后，镁合金的植入显著的增加了骨膜处和骨内膜处新骨生成量。

2007年Duygulu等将AZ31镁合金螺钉植入羊的髋骨，在植入3个月后，螺钉发生了明显的降解，降解的部分被新生骨所取代。

近几年先后有纯镁及镁合金材料的临床植入研究报道。2013年，Windhagen等进行了MgYREZr合金空心螺钉进行脚拇指外翻手术后固定的临床研究工作。MgYREZr合金螺钉植入的6个月内，在植入部位没有观察到排异反应、骨溶解以及炎症反应，同时也未见跖趾关节强直现象。影像学检测表明，植入物部位没有发生缺血性坏死以及气体聚集。植入6个月后，MgYREZr合金螺钉未全部降解，骨组织已经完全愈合。

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对产品已上市情况进行梳理，目前国际市场上取得CE认证的有MAGNEZIX螺钉（德国Syntellix AG）、RESOMET/K-MET螺钉（韩国U&I）以及高纯镁螺钉（中国宜安科技股份有限公司）。国内市场上高纯镁螺钉（中国宜安科技股份有限公司）已经完成临床试验，MAGNEZIX螺钉（德国Syntellix AG）通过了创新产品审批。




可降解医用镁基金属的发展展望


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通过前期的基础研究和临床试验研究发现，可降解镁基金属具有良好的生物相容性和骨诱导性，同时由于材料科学的进步，其降解速率也能控制在合理的范围内，虽然由于其力学性能的不足，目前在临床上的应用范围具有一定的局限性，但其良好疗效已经预示着可降解镁作为骨科植入物具有广阔的发展前景。

根据目前的研究现状，预测可降解镁基金属骨科材料未来的研发方向一是提高其材料学性能，采用合金化手段、表面改性化处理以及复合材料技术的制备，从根本上控制镁的腐蚀速率和力学强度，扩大其适用范围；另一个方面是提高其生物功能，通过各种合金元素中不同降解产物的生物和生理功能，以一种可控的方式促进局部组织的重建。随着实验和临床的反馈以及生物材料技术断提高，未来可降解镁基金属必定会在骨科临床治疗中被广泛应用。




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