上海交通大学开发出类多孔泡沫体的聚氨酯骨胶黏剂促进断骨的快速、有效增生及修复

近日，上海交通大学高分子系博士生雷昆作为第一作者在生物材料领域知名期刊ACS Biomaterials Science& Engineering上发表关于类多孔泡沫体聚氨酯骨胶黏剂促进断裂骨组织的快速、有效增生及修复的研究成果，论文题为“In Vitro and in VivoCharacterization of a Foam-Like Polyurethane Bone Adhesive for Promoting BoneTissue Growth”。上海交通大学高分子系教授郑震，上海第六人民医院奉贤区中心医院骨科主任肖海军博士为本文共同通讯作者。

在现代医学中，对于大部分骨折患者来说，螺钉固定，也就是我们常说的加固钢板是帮助其修复骨折组织，实现康复的主要手段。然而，对于一些特殊的骨折来讲，如连续碎骨、内生性根骨骨折，因为缺乏有效的内固点，则很难通过加固钢板来修复。此外，使用螺钉也容易导致组织应力集中、骨组织生长紊乱及固点移位，而骨胶黏剂则是一种十分具有前景的骨裂修复方法，尤其是对于碎骨的修复，具有定向性强、接触面积大、分布均匀、应力屏蔽效应弱等优点。

    图1. 聚氨酯骨胶黏实现骨裂修复示意图

理想的骨胶黏剂应满足以下几个条件:1）具有足够的骨粘结强度，尤其是在湿润环境下；2）良好的生物相容性，生物可降解性，降解产物无毒副作用；3）适宜的固定时间，不能过快或过慢；4）简单可操作性。目前无论是文献报道的PMMA骨胶黏剂、丙烯酸树脂型胶黏剂还是磷酸钙型骨胶黏剂都不能很好地满足临床应用。值得注意的是，一种商品名为TKryptonite的聚氨酯胶黏剂于2007在美国临床应用，但可惜的是，在后续的应用过程中发现，体液中该胶黏剂的强度大大降低，只有正常条件下的一半，这归因于生理环境下固化速率过快及大量体液存在，极大地弱化了其力学强度。针对上述问题，在本研究中，我们开发了一种基于多羟基蓖麻油基室温固化的类泡沫型聚氨酯骨胶黏剂，通过调控-NCO,-OH，H2O等配比，制备得到的聚氨酯胶黏剂空隙均匀、大小合宜、即使在湿润条件下也体现出优异的粘结性能。

图2.不同发泡剂含量对聚氨酯胶黏剂空隙结构的影响

通过改变体系中发泡剂水含量，可以有效控制泡沫尺寸及开合结构，这对于制备适合骨细胞生长的合适大小尺寸的骨支架是十分有利的。

图3. 聚氨酯骨胶黏剂的粘结性能

如图3示，粘结强度实验证明了该PU骨胶黏剂具有优异的粘结强度，优于PMMA及聚丙烯酸骨胶黏剂

图4. 左图为细胞培养1天，3天后的PU胶黏剂的激光共聚焦照片；右图为1天，3天后的PU表面细胞数量

MTT及细胞黏附实验表明，该聚氨酯骨胶黏剂材料的生物相容性优异，可以作为骨细胞三维支架载体，实现细胞的增殖生长，这是传统胶黏剂材料所不具备的优势。

图5. 聚氨酯骨胶黏剂的H&E及Masson组织学染色实验

图6. 聚氨酯骨胶黏剂的3D-计算机断层扫描实验

聚氨酯骨胶黏剂的H&E及Masson组织学染色实验，3D-MicroCT实验证明了该聚氨酯骨胶黏剂可以有效促进骨组织成长及骨裂修复。

该研究工作通过选用生物相容性优异的蓖麻油基聚氨酯为基体，通过高效、温和、可控的聚氨酯化学反应获得了一种可控胶黏、操作简单、粘结性能优异的生物医用骨胶黏剂，有望作为新一代生物医用骨胶黏剂实现临床应用。

本研究得到上海交通大学-上海市第六人民医院奉贤区中心医院精准医疗联合创新中心项目经费的支持。上海交通大学王新灵教授及生物材料/细胞界面研究中心孙云龙博士提供了论文写作指导及测试合作，在此一并表示感谢。

全文链接：DOI: 10.1021/acsbiomaterials.9b00918