研究內容簡介

鎂金屬因具有理想的力學模量、良好的生物相容性、體內可降解及促骨生成效應，有望被發展成為新一代內固定器械用于ACL重建。然而，其降解速率過快和力學強度不足也被認為是限制其在臨床上進一步應用的主要原因之一。本文主要聚焦以下三個部分：首先，介紹了鎂及其合金作為潛在的界面螺釘的優勢；隨后，闡述了鎂離子促進腱-骨愈合的潛在機制；最后，討論了鎂基界面螺釘在未來臨床應用中的難題以及針對性解決方案，包括開發鎂/鈦組合器械和具有新型結構的鎂基界面螺釘，以滿足臨床手術需求?？偠灾?，鎂基界面螺釘的基礎研究和臨床轉化的進步可能為腱骨愈合和相關疾病的治療提供了新的思考策略。

圖1 鎂基界面螺釘在臨床應用中的挑戰。（A）鎂基界面螺釘在體內環境中的降解示意圖。鎂離子的析出，H2的釋放和OH-的產生，有助于形成含有Mg(OH)2，MgCO3，Ca3(PO4)2和Mg3(PO4)2等無機物質以及由葡萄糖酸鎂，糖胺和白蛋白螯合物組成的有機產物。此外，由于有機層的沉積，氨基酸，蛋白質和脂質的存在可能會改變鎂基界面螺釘的降解速率。（B）鎂基植入物在體內快速降解導致周圍有大量氣孔產生。（b：骨組織，gb：氣孔，cp：腐蝕產物）。（C）鎂基界面螺釘在體內的快速降解不利于肌腱移植物的固定。（D）鎂基界面螺釘的理想降解行為應與肌腱-骨界面愈合過程相匹配。

圖2 鎂基界面螺釘扭矩不足。（A）建立FEA模型以比較鈦基和純鎂界面螺釘之間的最大扭矩。（B）模擬分析圖顯示扭矩過大會造成螺釘頭滑絲變形。（C）螺釘滑絲變形會導致扭矩下降。（D）純鎂界面螺釘的扭矩不足會引起螺釘頭的損壞而導致手術失敗。

圖3 用于臨床應用的新型含鎂界面螺釘的研發策略。（A）通過改變螺釘頭的導通深度來優化鎂基界面螺釘的結構設計，以提高最大扭矩。（B）鎂/鈦組合器械是由鎂棒和鈦基界面螺釘組成，螺釘本體上有孔洞可允許鎂離子在周圍骨組織中釋放，以發揮良好的生物學作用，同時彌補了力學性能不足的缺陷。

論文第一/通訊作者簡介

第一作者：羅穎

中山大學生物醫學工程學院研究生在讀，研究方向為可降解鎂基界面螺釘臨床轉化研究，已發表SCI論文1篇，公開發明專利2項，授權專利1項。

共同第一作者：張超

中山大學生物醫學工程學院教授，主要從事生物醫用材料（骨修復材料/組織工程，藥物輸運體系，生物醫學先進制造）。以第一或通訊作者身份在Tissue Engineering Part A，Nanoscale等國際主流期刊上發表論文50余篇，獲得授權專利多項。

共同第一作者：王玨

橫樂醫學有限公司助理主任，主要從事生物醫藥/器械轉化研究。

通訊作者：王佳力

中山大學生物醫學工程學院副教授，主要從事骨關節疾病發生發展機制探索及基于生物材料的治療策略開發。以第一或通訊作者身份在Advanced Science，Biomaterials，Acta Biomaterialia，Bioactive Materials等國際主流期刊上發表論文10余篇；以第一發明人身份申請中國發明專利2項。2019年獲得中華醫學科技獎。

通訊作者：秦嶺

香港中文大學教授，現任香港中文大學深港創新研究院（福田）院長、香港中文大學醫學院助理院長(內地事務)，矯形外科與創傷學系教授，骨科實驗室主任和醫學院李嘉誠健康研究生骨科創新生物材料和藥物研發中心主任，同時兼任中國科學院深圳先進技術研究院轉化醫學研究與發展中心主任。秦嶺教授長期關注難治愈骨疾病的基礎研究和臨床轉化工作，專注于植物和礦物源的骨科藥物和骨科內植物的基礎和臨床轉化醫學研究，其中包括植物源中藥小分子化合物和可降解鎂基骨內植物促進骨再生方向。其中通過建立產學研合作平臺成功進行了抗骨質疏松中藥仙靈骨葆的由美國FDA認可的美國辛納克臨床醫藥產品主持的國際多中心臨床研究，并是時屬貴州同濟堂公司歷史上第一個在美國紐交所成功上市的中國中藥企業的旗艦產品。目前作為香港、國家和國際重要研究課題的首席科學家，并通過產學研合作，共同主導研發高純鎂骨科螺釘治療股骨頭壞死和3D打印含鎂多孔支架骨替代材料的開發和臨床轉化，2014和2018年先后獲國家創新醫療產品論證，2019年進入多中心臨床試驗，相關科研成果和今后的臨床轉化努力近期亦獲得Nature雜志的專題報道（https://www.nature.com/articles/d42473-018-00028-w）。秦嶺教授以通訊作者身份在Nature Medicine，Annals of the Rheumatic Diseases, ACS Central Science，Biomaterials等國際主流期刊上發表論文300余篇，H-指數56。秦嶺教授分別擔任10 個國際和國內學術組織職務，包括國際華人骨研學會主席（2009-2011）(www.icmrs.net)、 6個SCI雜志主編、副主編和編委，包括Journal of Orthopaedic Translation (主編)、Journal of Bone and Mineral Research 和International Journal of Sports Medicine (編委); 矯形外科與研究雜志和臨床生物力學雜志副主編等。

資助信息

該研究得到了國家自然科學基金委（81702165,  81802152）, 廣東省基礎與應用基礎研究基金委員會（面上項目：2019A1515011404；重點領域研發計劃：2020B090924004）和香港研究資助局主題研究計劃（T13-402/17-N）的支持。

原文信息

Ying Luo, Chao Zhang, Jue Wang, Fangfei Liu, Kelvin Wingho Chau, Ling Qin*, Jiali Wang*.

Clinical Translation and Challenges of Biodegradable Magnesium-based Interference Screws in ACL Reconstruction. 

Bioactive Materials, 2021, 6(10), 3231-3243.