可降解金属镁有望用于老年性骨质疏松骨折修复

8月29日医学顶级杂志《Nature Medicine》上发表了一项南京大学医学院助理研究员张翼峰等人的研究成果，这项研究很好地解释了镁金属体内成骨效应的机理，并首次在动物模型中用镁金属促进了骨质疏松骨折的愈合，为可降解镁金属在骨科的临床应用奠定了理论基础。

目前中国已经进入老龄化社会，50岁以上人口已达3亿，其中老年性骨质疏松患者超过7000万，这部分人群很容易发生骨质疏松骨折。相比较年轻人的骨折，老年性骨质疏松骨折较难愈合，而且老年人耐受手术的能力也比较差，二次手术取出骨折固定物时发生意外的危险会增加。所以寻找一种骨折内固定材料，它要具备很好的成骨能力，可以有效促进骨质疏松骨折愈合，并且自身能够在体内降解，从而避免二次手术，就成为临床医生和材料科学家们共同追求的目标。

现在，科研人员终于找到了这样一种能够满足上述苛刻要求的金属——镁。

自上世纪初金属镁进入工业量产后，就被当时欧洲的骨科医生尝试用做骨折内固定材料。当时生产的镁金属纯度不高，在体内会快速降解，造成较大的组织反应以及材料本身的破坏。2006年以来，国际镁金属研究的主要科学家如北京大学工学院的郑玉峰教授和德国柏林大学医学院的Frank Witte教授尝试用合金镁来延缓镁的快速降解。在观察动物体内镁合金材料降解速度的实验中，包括香港中文大学医学院秦岭教授在内的很多课题组都发现镁金属在动物体内有很强的成骨效应。镁为什么会有如此强烈的成骨效应?——成为材料学界和骨科学界非常关注的问题。

张翼峰博士和许建坤博士发现镁的成骨效应是通过长骨最外层的骨膜实现的。骨膜是动物(包括人体)长骨表面的一层薄薄的纤维膜，其中分布有大量的感觉神经纤维和干细胞。他们发现植入骨髓腔的镁针降解后产生的镁离子可以扩散到骨膜部位，增强骨膜组织中感觉神经末梢突触的可塑性，从而使神经末梢释放出更多的神经递质CGRP(降钙素基因相关肽)。他们进一步证实这种神经递质CGRP能够促进骨膜内干细胞分化成骨。

张翼峰、许建坤等人的发现提示镁可以用于骨质疏松骨折的固定，并促进骨折愈合。虽然纯镁或镁合金本身的强度可以固定动物骨折，但随着体内降解，其强度会在较短时间内下降，从而难以持续固定骨折断端。为此，研究人员设计了不锈钢髓内针药物递送支架，支架中空可加载镁细针，支架中部与骨折线所在部位开有交替排列孔洞，可使支架内的镁离子释放到骨折断端部位。体内实验结果证实镁金属确实显著促进大鼠骨质疏松骨折的愈合。

这项研究很好地解释了镁金属体内成骨效应的机理，揭示了外周感觉神经在骨代谢中的关键作用，并首次在动物模型中用镁金属促进了骨质疏松骨折的愈合，为可降解镁金属在骨科的临床应用奠定了理论基础。文章于2016年8月29日以Article的形式在线发表于权威医学杂志《Nature Medicine》。研究者设计的药物加载髓内针支架于2015年获得第43届“日内瓦国际发明奖”银奖，并申请国际专利。

目前南京大学医学院与南京师范大学和北京大学合作，对镁金属降解行为进行可控设计，后续研究将克服纯镁及镁合金短期内快速降解的缺陷，保持镁金属材料在体内形态和力学性能的完整至骨折愈合完成。

课题组有望在不久的将来设计出能够直接用于人体的可降解镁金属骨折内固定材料，促进骨质疏松骨折愈合，避免二次手术，减轻病人痛苦和经济负担。