在自體移植物中從患者骨骼的另一部分收獲骨材料并移植到骨缺損部位

當(dāng)作為植入物引入人體，或甚至作為金屬替代物的涂層時，陶瓷材料可刺激骨骼生長，產(chǎn)生組織形成，并為免疫系統(tǒng)提供保護(hù)。小于人類頭發(fā)的玻璃微球體被用于向身體中的患病器官遞送大量局部量的輻射。事實上，陶瓷是為數(shù)不多的耐久且足夠穩(wěn)定的材料之一，可以承受體液的腐蝕作用。以下是這些多功能材料的一些最新醫(yī)療應(yīng)用。

心臟渲染陶瓷。與健康的天然心臟瓣膜相比，現(xiàn)代機(jī)械心臟瓣膜置換術(shù)在三個重要方面存在缺陷。首先，瓣膜的小主動脈尺寸與它們所取代的天然瓣膜的尺寸不匹配。其次，所有現(xiàn)有的閥門，無論大小，都必須通過反向流動關(guān)閉。后者的缺陷對于較大的二尖瓣假體尤其明顯。第三，機(jī)械人工瓣膜需要抗凝治療。

成千上萬的新英格蘭工程師和擁有購買力的高管將來到新英格蘭設(shè)計與制造公司，這是該地區(qū)最先進(jìn)的制造業(yè)展覽會。他們的第一目標(biāo)：尋找供應(yīng)商。為了吸引他們，數(shù)百家公司將參加展會。如果您現(xiàn)在預(yù)訂展位，可以加入他們。

考慮到這些缺陷，位于德克薩斯州奧斯汀的醫(yī)學(xué)碳研究所(MCRI)呼吁在材料和設(shè)計技術(shù)方面取得進(jìn)展，以創(chuàng)造一種增強(qiáng)型心臟瓣膜。MCRI的目標(biāo)：優(yōu)化閥門設(shè)計，在整個尺寸范圍內(nèi)提供最大的凈正向流量和小的壓力損失，同時保持最高的結(jié)構(gòu)完整性和表面質(zhì)量。結(jié)果：On-XTM系列假體心臟瓣膜。

這些閥門依靠MCRI的On-X熱解碳，它具有獨特的機(jī)械性能，拓寬了閥門設(shè)計的可能性。MCRI研發(fā)副總裁Axel D. Haubold說，到目前為止，生產(chǎn)熱解碳孔形狀以優(yōu)化噴嘴效率是不可能的。

具體而言，除了直筒之外的形狀不能充分拉伸而不會破裂以允許瓣葉插入。On-X碳的斷裂應(yīng)變比其他熱解碳高25%。這允許具有喇叭形入口的孔口，防止在組裝期間彈性地變形流動分離。此外，具有喇叭形入口的碳孔可以做得很薄，節(jié)省孔口面積。并且，由于它們的形狀，喇叭形孔本身是剛性的，因此不需要龐大的金屬加強(qiáng)環(huán)。

基于這種材料的能力，MCRI設(shè)計了用于小主動脈根部的瓣膜置換，改善了血流動力學(xué)。關(guān)鍵：增加孔口內(nèi)徑。知道通過孔的流量取決于其內(nèi)徑的四次方，請考慮這個例子。如果孔口內(nèi)徑增加10%，則流量增加50%。

Haubold說，對于更大的閥門尺??寸，將內(nèi)徑限制到最佳幾何孔面積(OA)可以實現(xiàn)臨床上無關(guān)緊要的壓力損失。將內(nèi)徑增加到超過OA的內(nèi)徑會使壓力損失小幅增加，而負(fù)面因素的不成比例增加則無效。

“新一代”X-On心臟瓣膜的主要特點包括：

獲得專利的細(xì)長孔，可組織流動并減少湍流。它還允許小的小葉偏移角度，減少反流，空化潛力和噪音。

擴(kuò)口入口，可減少入口湍流并阻止組織過度生長。

超環(huán)形縫合環(huán)通過從環(huán)形空間消除縫合環(huán)體積來增加有效孔口面積，包括鈦環(huán)，并且是可旋轉(zhuǎn)的。

獲得專利的驅(qū)動樞軸設(shè)計，可提供正向關(guān)閉力矩。

使用獲得專利的On-X碳可為閥門增加純度，強(qiáng)度和表面質(zhì)量。

有了這些設(shè)計功能，Haubold認(rèn)為MCRI在心臟瓣膜方面取得了顯著進(jìn)步。“通過材料，科學(xué)和設(shè)計的創(chuàng)新，On-X閥門通過提供最大的凈前向流量，最小的壓力損失和低湍流剪切應(yīng)力，為患者提供優(yōu)化的血液動力學(xué)益處，”他興奮地說。

肝臟治療。在肝癌的情況下，定位輻射劑量可防止健康組織的損害。這是微觀玻璃陶瓷珠(微球)發(fā)揮重要作用的地方。將珠子輻射，然后通過導(dǎo)管注入體內(nèi)以治療癌癥。目前在加拿大使用的這種新療法正在評估在美國使用

根據(jù)密蘇里州羅拉市密蘇里大學(xué)材料研究中心陶氏工程系Delbert Day教授的說法，通過這種類型的治療，患者可以獲得更高的放射劑量，從而縮短治療周期。此外，定位劑量可以最大限度地減少與其他形式的放射治療相關(guān)的副作用。

Day是該程序的共同開發(fā)者。它由該大學(xué)以玻璃微球的商標(biāo)名TheraSphere許可。

多年來，醫(yī)學(xué)研究人員一直關(guān)注將{β}和{γ}輻射安全傳遞給患病的內(nèi)臟器官。在原位這些器官的照射有超過外部輻射源幾個優(yōu)點：更局部放射，對健康組織的損傷小，更高的輻射劑量，更短的治療期，和更少的患者的不適感。

將{β} - 發(fā)射放射性同位素溶解在化學(xué)不溶性玻璃微球中對于這種原位照射處理具有很大的希望。玻璃微球具有生物相容性，對身體無毒，不溶(放射性物質(zhì)不釋放到體內(nèi))，不含中子轟擊后會產(chǎn)生放射性的不需要的元素，并且大小適合放入待治療器官的毛細(xì)血管床中。

在密歇根大學(xué)，24名肝癌患者接受了研究，旨在確定氧化釔鋁硅酸鹽(YAS)玻璃微球的毒性 - 而不是其有效性 - 用于原位輻射。只有六名患者接受超過10,000拉德的劑量，被認(rèn)為是最低治療劑量。

用微球治療4個月后，24例患者中有16例顯示陽性反應(yīng);即腫瘤生長停止或減少。隨訪包括前8周每周進(jìn)行體檢和肝功能實驗室檢查，然后每隔8周檢查一次，直至觀察到疾病進(jìn)展。每8周進(jìn)行胸部X光片和腹部計算機(jī)斷層掃描檢查，直至觀察到疾病進(jìn)展。

注射后立即對4名患者繼續(xù)腫瘤生長;大約一半的患者在六個月內(nèi)沒有發(fā)生這種情況。治療后19個月，10名患者存活。用放射性YAS玻璃微球治療的結(jié)直腸癌患者的平均存活時間為60周。未治療的結(jié)直腸癌轉(zhuǎn)移患者的中位生存時間為4至40周。

通過這些測試，Day得出結(jié)論，可以注意到以下結(jié)果：

{beta}發(fā)射放射性玻璃微球可以安全地輸送高達(dá)15,000拉德的劑量。

有證據(jù)表明預(yù)期壽命會增加。

注意到最小的副作用，這導(dǎo)致更好的生活質(zhì)量。

改善聽力受損。在另一個應(yīng)用中，玻璃陶瓷用于代替中耳中的小骨(小骨)，這有助于將聲波傳導(dǎo)到內(nèi)耳。最重要的是，這些特殊材料與硬組織和軟組織結(jié)合。它們具有生物相容性，堅固，耐用，無毒。

從這個應(yīng)用程序中獲得的好處包括使患者能夠更清楚地聽到;與骨骼/組織的牢固結(jié)合可防止植入物移動，掉落或切割耳鼓，這對塑料植入物造成了問題。

位于馬里蘭州巴爾的摩的美國生物材料公司(US Biomaterials Corp.)生產(chǎn)這種基于Bioglass的產(chǎn)品，該產(chǎn)品由佛羅里達(dá)大學(xué)的Larry Hench教授開發(fā)。Bioglass的第一個臨床應(yīng)用是作為中耳假體用于治療傳導(dǎo)性聽力損失。這種聽力損失通常是由慢性耳聾引起的，但也可能是由于創(chuàng)傷和先天性異常引起的。

之前用于治療的許多材料在長期使用中是不成功的，因為瘢痕組織包裹，其在聲音到達(dá)橢圓形窗口之前使聲音衰減，但主要是因為材料沒有粘合到耳鼓上。

必須拒絕在植入過程中損壞的任何植入物，因為軟組織將長入裂縫中，并且及時將它們加寬到足以使其失效。即便如此，在8年或更多年的成功臨床表現(xiàn)中，Bioglass陶瓷器件證明優(yōu)于任何其他可用器件。但這還不夠好。

該裝置的最新設(shè)計是US Biomaterials的截錐，Douek-MED(R)，可在手術(shù)時成形，以適應(yīng)中耳中的任何解剖變異。新植入物的輪廓可以確保它不會與組織接觸，例如必須避免粘合的面神經(jīng)。并且它非常適合于磁帶或錘骨周圍，這些小骨仍然存在，消除了脆弱的連接，這是錐形植入物設(shè)計的關(guān)鍵改進(jìn)。

最近，美國生物材料公司宣布，它已開發(fā)出另一種有前景的陶瓷材料，可以幫助數(shù)百萬患有過敏牙齒的人。它希望今年能夠啟動人體臨床試驗，并在明年初向FDA提供這些數(shù)據(jù)。

骨科替代品。然而，陶瓷最廣泛接受的領(lǐng)域是它們在矯形假體中用于更換臀部，膝蓋和手指的關(guān)節(jié)。陶瓷的粘合能力可防止植入物脫臼。此外，由于陶瓷涂層能夠潤滑接頭，因此陶瓷涂層可以使植入物磨損更長，并且將來的并發(fā)癥更少。

陶瓷球窩接頭可以更好地承受復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)和不斷的運(yùn)動。它們的強(qiáng)度，耐磨性和耐腐蝕性允許比金屬更長的使用，更舒適和更少的破損，因為金屬顆粒遷移到周圍組織中而出現(xiàn)問題。

最近對這種類型的處理的改進(jìn)由XYLON Ceramic Materials，Alfred，NY引入。該公司最近獲得了一個里程碑，它成為第一個獲得美國聯(lián)邦食品和藥物管理局注冊的美國生產(chǎn)商，可以直接進(jìn)入收件人的臀部插座。

以前的髖關(guān)節(jié)球窩關(guān)節(jié)置換系統(tǒng)，包括XYLON，1991年成為第一個獲得FDA注冊的美國制造的陶瓷股骨頭，需要將球插入聚乙烯杯中。XYLON的陶瓷球比使用金屬替換接頭減少了聚乙烯杯的磨損，使其更適合用于過活躍生活方式的人。

但XYLON的Paul Johnson說，這種新的更大的陶瓷球可用于對抗患者自身髖關(guān)節(jié)窩的天然組織，無需使用聚氨酯帽。由于它已獲得FDA批準(zhǔn)，外科醫(yī)生可以在不需要全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)的患者中使用該球。

XYLON將很快提交給FDA注冊肩部植入物，并正在開發(fā)拇指，膝蓋和大腳趾的替換關(guān)節(jié)，以及擴(kuò)展到其他耐磨和抗腐蝕應(yīng)用。

如何在身體中使用玻璃

在大多數(shù)情況下，玻璃可以三種方式用于體內(nèi)。因此，密蘇里州羅拉市密蘇里大學(xué)羅拉分校陶瓷工程系和材料研究研究生中心的Delbert Day教授報道。

第一種是傳統(tǒng)上用于牙科修復(fù)的生物惰性堿 - 堿土鋁硅酸鹽玻璃 - 帽，牙冠，牙橋和貼面。較新的玻璃陶瓷和玻璃/聚合物復(fù)合材料正在取代用于填充的金屬汞合金。

第二種身體用途是改性的鈉鈣硅玻璃，它具有生物活性，并具有粘合活軟和硬組織的能力。這些名為BioGlassTM的眼鏡是由佛羅里達(dá)大學(xué)的Larry Hench發(fā)現(xiàn)的。用氧化磷改性的鈉鈣硅玻璃用作牙科植入物，用于治療牙周病和恢復(fù)聽力。

玻璃在體內(nèi)的第三種用途是稀土鋁硅酸鹽玻璃，用于向患病器官提供大劑量的局部放射。它們被用于治療肝癌患者，這幾乎總是致命的。這些玻璃與其他玻璃不同，因為它們不含堿金屬或堿土金屬氧化物 - 放入體內(nèi)時具有放射性。

陶瓷也用于制造人造眼睛(光學(xué)植入物)。陶瓷與現(xiàn)有的肌肉，組織和血管結(jié)合，并且是無毒的，生物相容的，并且允許人造眼睛更自然地移動。

Interpore International，Irvine，CA，從其稱為Pro Osteon(R)Interpore 200(R)的珊瑚羥基磷灰石生產(chǎn)這種材料。多孔陶瓷采用專有的ReplamineformTM工藝從珊瑚中提取。海洋生物相容性材料(稱為息肉的微小海洋動物)的外骨骼具有與人骨相似的相互作用的孔隙度，結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分，促進(jìn)骨骼和組織的生長。

眼眶植入物取代受損或患病的眼睛，擠壓或遷移的人造眼睛，或現(xiàn)有的人工眼睛，以改善跟蹤和運(yùn)動。Interpore聲稱這些眼眶植入物提供了一種優(yōu)于其他人工眼睛的替代品，因為植入物與患者的軟組織物理連接。結(jié)果，患者通常經(jīng)歷軟組織整合到眼眶植入物中。這反過來又改善了患者伴侶眼對人工眼的跟蹤。

根據(jù)Interpore公司總裁兼首席執(zhí)行官David Mercer的說法，Pro Osteon是美國第一種用于骨科應(yīng)用的商用合成骨填充物。在臨床研究中，該材料通過放射學(xué)和臨床證實具有與自體移植程序相當(dāng)?shù)挠蠒r間和并發(fā)癥率。

在自體移植物中，從患者骨骼的另一部分收獲骨材料并移植到骨缺損部位。這個過程增加了總的手術(shù)時間和費(fèi)用，并且可能導(dǎo)致并發(fā)癥，例如感染，慢性疼痛，畸形和多余的失血。

Mercer說，Pro Osteon是自體移植和同種異體移植(尸體骨)材料的有吸引力的替代品。當(dāng)沒有骨供體部位可用時，它被批準(zhǔn)用于修復(fù)急性干骺端(骨頭相遇)缺陷以及剛性內(nèi)固定(板和螺釘)。他不相信任何癥狀或條件會嚴(yán)重限制Pro Osteon的使用。