生物活性玻璃在骨及软组织修复的研究进展

doi:10.3969/j.issn.1006-5725.2024.06.023

摘要/Abstract

摘要：

生物活性玻璃（bioactive glass，BG）因其相容性、生物活性和形成结晶羟基磷灰石层的能力而被用作骨及软组织修复材料的候选。本文介绍了BG离子释放机制，探讨了硼硅酸盐生物活性玻璃（borosilicate bioactive glass， BBG）在骨和软组织修复中的应用，并就BBG在骨水泥、支架、水凝胶和纤维研究应用中的潜力及所面临的临床转化挑战展开综述。

关键词: 生物活性玻璃, 骨组织, 软组织, 修复

Abstract:

Bioactive glass （BG） has been used as a candidate for bone and soft tissue repair materials because of its compatibility， bioactivity and ability to form a crystalline hydroxyapatite layer. This paper introduces the mechanism of BG ion release， discusses the application of borosilicate bioactive glass （BBG） in bone and soft tissue repair， an^dprovides an overview of the potential and clinical translational challenges faced by BBG in bone cement， scaffold， hydrogel， and fiber research applications.

Key words: bioactive glass, bone tissue, soft tissue, repair

中图分类号:

R683

吴煌超,孙劲,黄俊涛. 生物活性玻璃在骨及软组织修复的研究进展[J]. 实用医学杂志, 2024, 40(6): 867-869.

Huangchao WU,Jin SUN,Juntao HUANG. Research progress of bioactive glass in bone and soft tissue repair[J]. The Journal of Practical Medicine, 2024, 40(6): 867-869.

参考文献 38

1	DUKLE A， MURUGAN D， NATHANAEL A J， et al.Can 3D-Printed Bioactive Glasses Be the Future of Bone Tissue Engineering［J］. Polymers， 2022，14（8）：1627. doi:10.3390/polym14081627 doi: 10.3390/polym14081627
2	CANNIO M， BELLUCCI D， ROETHER J A， et al. Bioactive Glass Applications： A Literature Review of Human Clinical Trials［J］. Materials， 2021，14（18）：5440. doi:10.3390/ma14185440 doi: 10.3390/ma14185440
3	ABULYAZIED D E， ALTURKI A M， YOUNESS R A， et al. Synthesis， structural and biomedical characterization of hydroxyapatite/borosilicate bioactive glass nanocomposites［J］. J Inorg Organ Poly Mat， 2021， 31： 4077-4092. doi:10.1007/s10904-021-02070-6 doi: 10.1007/s10904-021-02070-6
4	彭雨，兰梁，穆君宇，等. 基于生物活性玻璃的生物复合材料研究进展［J］. 生物医学工程学杂志， 2023， 40（4）： 805-811. doi:10.7507/1001-5515.202202016 doi: 10.7507/1001-5515.202202016
5	丁晶鑫，王会，崔旭，等. 硼硅酸盐生物活性玻璃的研究现状与发展趋势［J］. 硅酸盐学报， 2022，50（4）：1074-1084.
6	KIM K， KIM M G， LEE G M. Improving bone morphogenetic protein （BMP） production in CHO cells through understanding of BMP synthesis， signaling and endocytosis［J］. Biotechnol Adv，2023，62：108080. doi:10.1016/j.biotechadv.2022.108080 doi: 10.1016/j.biotechadv.2022.108080
7	ZHU P F， WANG Z C， SUN Z X， et al. Recombinant platelet-derived growth factor-BB alleviates osteoarthritis in a rat model by decreasing chondrocyte apoptosis in vitro and in vivo［J］. J Cell MolMed， 2021，25（15）：7472-7484. doi:10.1111/jcmm.16779 doi: 10.1111/jcmm.16779
8	VAN LIESHOUT E， DEN HARTOG D. Effect of platelet-rich plasma on fracture healing［J］. Injury， 2021，52 ： S58-S66. doi:10.1016/j.injury.2020.12.005 doi: 10.1016/j.injury.2020.12.005
9	CRUSH J， HUSSAIN A， SEAH K T M， et al. Bioactive Glass： Methods for Assessing Angiogenesis and Osteogenesis［J］. Front Cell Dev Biol， 2021，9：643781. doi:10.3389/fcell.2021.643781 doi: 10.3389/fcell.2021.643781
10	TISKAYA M， SHAHID S， GILLAM D， et al. The use of bioactive glass （BAG） in dental composites： A critical review［J］. Dent Mater，2021，37（2）：296-310. doi:10.1016/j.dental.2020.11.015 doi: 10.1016/j.dental.2020.11.015
11	STONE-WEISS N， BRADTMULLER H， ECKERT H， et al. Composition-Structure-Solubility Relationships in Borosilicate Glasses： Toward a Rational Design of Bioactive Glasses with Controlled Dissolution Behavior［J］. ACS Appl Mater Interfaces，2021，13（27）：31495-31513. doi:10.1021/acsami.1c07519 doi: 10.1021/acsami.1c07519
12	ZHEN G K， NIU W， LEI B， et al. Immunomodulatory bioactive glasses for tissue regeneration［J］. Acta Biomater， 2021，133：168-186. doi:10.1016/j.actbio.2021.08.023 doi: 10.1016/j.actbio.2021.08.023
13	BULINA N V， BAEV S G， MAKAROVA S V， et al. Selective Laser Melting of Hydroxyapatite： Perspectives for 3D Printing of Bioresorbable Ceramic Implants［J］. Materials （Basel）， 2021，14（18）：5425. doi:10.3390/ma14185425 doi: 10.3390/ma14185425
14	唐国柯，文根，刘彦斌，等. 骨缺损修复生物材料的研究进展［J］. 中华骨与关节外科杂志， 2023，16（2）：185-192. doi:10.3969/j.issn.2095-9958.2023.02.15 doi: 10.3969/j.issn.2095-9958.2023.02.15
15	FU J N， WANG X， YANG M， et al. Scaffold-Based Tissue Engineering Strategies for Osteochondral Repair［J］. Front Bioeng Biotechnol， 2022，9：812383. doi:10.3389/fbioe.2021.812383 doi: 10.3389/fbioe.2021.812383
16	XUE N， DING X， HUANG R， et al. Bone Tissue Engineering in the Treatment of Bone Defects［J］. Pharmaceuticals （Basel）， 2022，15（7）：879. doi:10.3390/ph15070879 doi: 10.3390/ph15070879
17	卜国云，李曈曈，王增亮. 骨折不愈合的治疗进展［J］. 实用医学杂志， 2023，39（18）：2416-2420. doi:10.3969/j.issn.1006-5725.2023.18.023 doi: 10.3969/j.issn.1006-5725.2023.18.023
18	OZER T， GULIYEVA V， AKTAS A， et al. Effects of a locally administered risedronate/autogenous bone graft combination on bone healing in a critical-size rabbit defect model［J］. J Orthop Surg Res， 2023，18（1）：88. doi:10.1186/s13018-023-03568-0 doi: 10.1186/s13018-023-03568-0
19	RODHA M， PAUL L， VASILEIOS P G， et al. Biological aspects to enhance fracture healing［J］. EFORT Open Rev， 2023，8（5）： 264-282. doi:10.1530/eor-23-0047 doi: 10.1530/eor-23-0047
20	朱博恒，张璟琳，汪虹. 负压创面治疗联合脂肪干细胞在慢性创面治疗中的研究进展［J］. 实用医学杂志， 2022，38（8）：1037-1041. doi:10.3969/j.issn.1006-5725.2022.08.024 doi: 10.3969/j.issn.1006-5725.2022.08.024
21	AL-DULIMI Z， WALLIS M， TAN D K， et al. 3D printing technology as innovative solutions for biomedical applications［J］.Drug Discov Today， 2021，26（2）：360-383. doi:10.1016/j.drudis.2020.11.013 doi: 10.1016/j.drudis.2020.11.013
22	GHARBI A， OUDADESSE H， FEKI H EL， et al. High Boron Content Enhances Bioactive Glass Biodegradation［J］. J Funct Biomater， 2023，14（7）：364. doi:10.3390/jfb14070364 doi: 10.3390/jfb14070364
23	VEZENKOVA A， LOCS J. Sudoku of porous， injectable calcium phosphate cementsPath to osteoinductivity［J］. Bioact Mater，2022，17：109-124. doi:10.1016/j.bioactmat.2022.01.001 doi: 10.1016/j.bioactmat.2022.01.001
24	WU Z， LIN Z， YAO A， et al. Influence of particle size distribution on the rheological propertiesand mathematical model fitting of injectable borosilicate bioactive glass bone cement［J］. Ceram Int， 2020，46（15）：24395-24406. doi:10.1016/j.ceramint.2020.06.222 doi: 10.1016/j.ceramint.2020.06.222
25	ZHANG H， CUI Y， ZHUO X， et al. Biological Fixation of Bioactive Bone Cement in Vertebroplasty：The First Clinical Investigation of Borosilicate Glass （BSG） Reinforced PMMA Bone Cement［J］. ACS Appl Mater Interfaces， 2022，14（46）：51711-51727. doi:10.1021/acsami.2c15250 doi: 10.1021/acsami.2c15250
26	ZHANG P， YANG K， ZHOU Z， et al. Customized Borosilicate Bioglass Scaffolds With Excellent Biodegradation and Osteogenesis for Mandible Reconstruction［J］. Front Bioeng Biotechnol，2020，8：610284. doi:10.3389/fbioe.2020.610284 doi: 10.3389/fbioe.2020.610284
27	LI L， HUANG Y， QIN J， et al. Development of a borosilicate bioactive glass scaffold incorporating calcitonin gene-related peptide for tissue engineering［J］. Biomater Adv， 2022，138：212949. doi:10.1016/j.bioadv.2022.212949 doi: 10.1016/j.bioadv.2022.212949
28	QIU W， HAN H， LI M， et al. Nanofibers reinforced injectable hydrogel with self-healing， antibacterial， and hemostatic properties for chronic wound healing［J］. J Colloid Interface Sci， 2021，596：312-323. doi:10.1016/j.jcis.2021.02.107 doi: 10.1016/j.jcis.2021.02.107
29	LONG S Y， XIE C M， LU X. Natural polymer-based adhesive hydrogel for biomedical applications［J］. Biosurf Biotribol， 2022，8（2）：69-94. doi:10.1049/bsb2.12036 doi: 10.1049/bsb2.12036
30	PANG L， TIAN P， CUI X， et al. In Situ Photo-Cross-Linking Hydrogel Accelerates Diabetic Wound Healing through Restored Hypoxia-Inducible Factor 1-Alpha Pathway and Regulated Inflammation［J］. ACS Appl Mater Interfaces， 2021，13（25）：29363-29379. doi:10.1021/acsami.1c07103 doi: 10.1021/acsami.1c07103
31	BALASUBRAMANIAN P， BUTTNER T， MIGUEZ PACHECO V， et al. Boron-containing bioactive glasses in bone and soft tissue engineering［J］. J Eur Ceram Soc， 2018，38：855-869. doi:10.1016/j.jeurceramsoc.2017.11.001 doi: 10.1016/j.jeurceramsoc.2017.11.001
32	COLE K A， FUNK G A， RAHAMAN M N， et al. Mechanical and degradation properties of poly（methyl methacrylate） cement/borate bioactive glass composites［J］. J Biomed Mater Res B Appl Biomater， 2020，108（7）：2765-2775. doi:10.1002/jbm.b.34606 doi: 10.1002/jbm.b.34606
33	黄灿，罗高兴. 生物活性玻璃纤维创面敷料［J］. 中华烧伤与创面修复杂志， 2023，39（1）：8. doi:10.3760/cma.j.issn.1009-2587.2023.01.103 doi: 10.3760/cma.j.issn.1009-2587.2023.01.103
34	ELSHAZLY N， SAAD M M， BACKLY R M EL， et al. Nanoscale borosilicate bioactive glass for regenerative therapy of full-thickness skin defects in rabbit animal model［J］. Front Bioeng Biotechnol， 2023，11：1036125. doi:10.3389/fbioe.2023.1036125 doi: 10.3389/fbioe.2023.1036125
35	HOMAEIGOHAR S， LI M， BOCCACCINI A R. Bioactive glass-based fibrous wound dressings［J］. Burns Trauma， 2022，10：tkac038. doi:10.1093/burnst/tkac038 doi: 10.1093/burnst/tkac038
36	VEITH A P， HENDERSON K， SPENCER A， et al. Therapeutic strategies for enhancing angiogenesis in wound healing［J］. Adv Drug Deliv Rev， 2019，146：97-125. doi:10.1016/j.addr.2018.09.010 doi: 10.1016/j.addr.2018.09.010
37	杜佳哲，徐西林，薛玉满，等. 外泌体在肌腱损伤修复作用的研究进展［J］. 中国矫形外科杂志， 2023，31（16）：1497-1502.
38	KAOU M H， FURKO M， BALAZSI K，et al. Advanced Bioactive Glasses： The Newest Achievements and Breakthroughs in the Area［J］. Nanomaterials （Basel）， 2023，13（16）：2287. doi:10.3390/nano13162287 doi: 10.3390/nano13162287

[1]	崔雅楠,张亨国. 3D打印技术制作修复科义齿的精准度的研究进展[J]. 实用医学杂志, 2024, 40(5): 708-713.
[2]	何月华,谢华,肖林. 嘌呤能信号在少突胶质细胞发育和髓鞘修复中的作用及机制研究进展[J]. 实用医学杂志, 2024, 40(5): 714-720.
[3]	王婷,何俐. 富白细胞-血小板纤维蛋白在大鼠牙髓修复中的应用[J]. 实用医学杂志, 2024, 40(14): 1941-1946.
[4]	孙悦,戈娜,赵雪,郭腾飞,刘嘉炜,张文龙,周朋. 沙棘熊果酸对大鼠坐骨神经损伤修复作用[J]. 实用医学杂志, 2023, 39(24): 3158-3162.
[5]	马长淞,黄帅,瓦庆德,陈伟之,汪洋,令狐熙涛,唐欲博. 银杏内酯B通过抑制内质网应激拮抗血管内皮损伤的作用机制[J]. 实用医学杂志, 2023, 39(24): 3175-3181.
[6]	谢玉国,范智凌,郭全保,曾庆湖. 踝部软组织缺损患者带蒂逆行小腿后侧肌皮瓣修复的疗效及对感觉功能的影响[J]. 实用医学杂志, 2023, 39(21): 2817-2821.
[7]	王辉,王红涛,贾鑫玮,张一晗,王海峰,杨晓溪. 改良尺动脉穿支皮瓣修复手部较大面积皮肤缺损[J]. 实用医学杂志, 2023, 39(16): 2095-2099.
[8]	朱博恒张璟琳汪虹. 负压创面治疗联合脂肪干细胞在慢性创面治疗中的研究进展 [J]. 实用医学杂志, 2022, 38(8): 1037-1041.
[9]	吕亚军任立中李军张海静张志坤 . 髓芯减压联合胶原基骨修复材料和血管内皮生长因子对兔股骨头坏死血管修复和微循环的影响 [J]. 实用医学杂志, 2022, 38(23): 2927-2932.
[10]	张浩, 张钰, 肖世宁, 刘家明, . 3D打印仿生支架在脊髓损伤修复中的研究进展 [J]. 实用医学杂志, 2022, 38(22): 2868-2873.
[11]	陈璐林莉朱小兰, . 巨噬细胞极化在子宫内膜异位症中的研究进展[J]. 实用医学杂志, 2022, 38(21): 2751-2754.
[12]	唐前辉陈靖杨晗覃晓. Stanford B 型主动脉夹层腔内治疗的血流动力学研究进展[J]. 实用医学杂志, 2022, 38(14): 1747-1752.
[13]	宋李治陈慧坤张奕纯黄子聪张智勇. 二甲双胍在骨缺损修复中的研究进展和临床应用 [J]. 实用医学杂志, 2022, 38(12): 1443-1448.
[14]	洪嘉颖张涛. 可降解镁基金属骨感染修复材料的研究进展[J]. 实用医学杂志, 2022, 38(12): 1449-1455.
[15]	连学辉肖红利邓江韩子冀齐维林. hBDNF⁃BMSCs局部移植对大鼠脊髓损伤的修复效果 [J]. 实用医学杂志, 2021, 37(20): 2590-2596.