近期，鄭州大學材料科學與工程學院關紹康教授團隊在科愛創辦的期刊Bioactive Materials上發表文章：ZE21C鎂合金縫合錨釘的降解行為及其對韌帶-骨的修復效應。研究采用ZE21C鎂合金設計制備了縫合錨釘。ZE21C縫合錨釘在重建SD大鼠髕韌帶-脛骨近端12周后仍能保持完整的機械結構，并且促進了縫合錨釘上方的骨愈合和纖維軟骨界面的再生，加速了韌帶-骨的修復。
1、研究內容簡介
韌帶/肌腱從其附著的骨骼上斷裂是比較常見的骨骼肌肉疾病。針對這種疾病，臨床上目前常常的手術器件是縫合錨釘。而目前臨床上常用的縫合錨釘由于其在降解性、生物相容性或者機械性能等方面存在著局限性，手術翻修率仍處于較高水平。而近些年來，鎂及鎂合金由于其接近骨的楊氏模量、可生物降解性以及良好的生物相容性被視為是極大潛力的骨科植入物材料。本研究基于課題組自主研發的ZE21C鎂合金設計制備了一種新型縫合錨釘，成功重建SD大鼠髕韌帶-脛骨近端并修復撕脫的髕韌帶（圖1）。
圖1 ZE21C鎂合金縫合錨釘的設計及手術實驗流程圖
本研究首先探究了ZE21C縫合錨釘的體內降解行為（圖2）。在ZE21C縫合錨釘植入后，降解不可避免地產生氫氣，術后1天由于韌帶-骨存在間隙，出現輕微皮下氣腫，之后隨著植入時間延長，氫氣釋放速率下降，氫氣逐漸被組織吸收，術后8周和12周，ZE21C縫合錨釘周圍氣體陰影消失，周圍骨密度逐漸接近平均骨密度。通過Micro CT提取植入后的ZE21C縫合錨釘三維形態，計算其降解速率及剩余體積。觀察發現ZE21C鎂合金縫合錨釘在植入后的前4周降解速率相對較高，之后逐漸減慢，到植入12周后鎂合金縫合錨釘剩余體積約為原體積的75%，仍能保持較完整的機械結構。根據ZE21C錨釘不同部位的降解情況，結合其體內有限元力學及周圍組織變化分析，發現植入前期（0~4周）高應力錨釘尾部（Ⅲ部分）降解迅速，植入后期（4~12周）錨釘上方骨組織的愈合加速錨釘頭部（Ⅰ部位）的降解。另外，相比于TC4組，ZE21C組錨釘上方新生骨組織的體積較多，小梁骨厚度較大，這說明ZE21C縫合錨釘能夠促進錨釘上方骨愈合。
圖2 ZE21C鎂合金縫合錨釘的體內降解行為
本研究又從影像學、膝關節功能恢復、組織學以及生物力學等角度分析了ZE21C縫合錨釘對韌帶-骨的組織修復效應（圖3）。從大體觀察可以看出，隨著術后時間的延長兩組韌帶-骨逐漸整合。從韌帶-骨功能恢復角度，兩組膝關節活動度也隨著術后時間延長逐漸升高，術后12周，兩組膝關節ROM恢復至正常水平，ZE21C組恢復效果更加顯著。從韌帶-骨組織學角度，在術后4周，ZE21C組觀察到纖維軟骨再生。相比之下，TC4組僅觀察到纖維血管肉芽組織。術后8周兩組新形成的纖維軟骨較多，而ZE21C組的纖維軟骨區比TC4組較大，排列有序。術后12周，ZE21C組比對照組有更成熟的纖維軟骨組織和更大的組織面積。從韌帶-骨生物力學角度， ZE21C組的韌帶-骨的極限破壞載荷、極限應力和剛度均顯著高于TC4組。ZE21C縫合錨釘在植入過程中能夠促進韌帶-骨修復。
圖3 ZE21C鎂合金縫合錨釘對韌帶-骨的組織修復效應
綜上，該研究采用ZE21C鎂合金制備縫合錨釘重建SD大鼠髕骨韌帶和脛骨近端。ZE21C縫合錨釘可在植入后12周內維持其機械結構，其降解促進縫合錨釘上方的骨愈合和纖維軟骨界面再生的同時促進韌帶-骨的修復。該研究為今后可降解鎂合金縫合線錨釘的臨床應用提供了理論指導。
圖4 論文摘要圖
原文信息
Delin Ma, Jun Wang*, Mingran Zheng , Yuan Zhang , Junfei Huang, Wenxiang Li，Yiwen Ding , Yunhao Zhang , Shijie Zhu , Liguo Wang , Xiaochao Wu , Shaokang Guan*.
Degradation behavior of ZE21C magnesium alloy suture anchors and their effect on ligament-bone junction repair.
Bioactive Materials, 26 (2023) 128-141.
