一、骨水泥的前世今生

全球每年约有数百万患者需要进行骨移植手术，骨组织替代生物材料应运而生。通常，这类类骨生物材料被称为骨水泥、人工骨、骨替换物或骨植入物。从材料类别上，主要分为聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）类、磷酸钙（CPC）类和硫酸钙、硅酸盐等复合物。广义上骨水泥包括了以上所有材料，但在商品市场上，人们约定俗成地将骨水泥作为PMMA类骨修复材料的代称，而CPC等材料通常称为人工骨、骨替换物或骨植入物。其中，PMMA骨水泥的应用最早。

聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）骨水泥20世纪30年代首次被医生应用为牙科医用材料。Kiaer和Haboush两位学者分别在1952年和1953年报道了股骨头置换术中应用PMMA骨水泥达到黏合骨与假体的工作。1964年，John Charnley用冷固化PMMA将丙烯酸杯连接到股骨头和金属股骨假体中，认识到骨水泥很容易用于填充骨髓腔并且与骨形态混合，其医学团队将PMMA骨水泥材料成功应用于人工髋关节置换手术。至此，PMMA骨水泥开始被临床广泛用于假体固定，骨水泥使用率开始逐步上升。据统计，我国每年开展的人工髋关节置换术达到20多万例，每年来医院就诊的患者中，因骨质疏松导致的椎体压缩性骨折的患者数量达到181万。2004年4月，美国食品药品监督管理局（FDA）批准了PMMA骨水泥在美国医疗市场上的使用。PMMA骨水泥已成为各种人工关节置换、经皮穿刺椎体成形术（PVP）、球囊扩张椎体后凸成形术（PKP）等手术的一种常用医用材料。

二、骨水泥的组成

PMMA骨水泥商品使用前分为粉剂和液剂两种无菌组分，粉剂主要成分为聚甲基丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物，为预聚合颗粒，液剂主要成分为甲基丙烯酸甲酯单体。当两种无菌组分混合时，液体单体在预聚合粉末颗粒周围聚合形成硬化的PMMA。在以上过程中，PMMA暴露在光或高温下会导致液体组分过早聚合，因此在制备PMMA过程中在液剂里预先加入对苯二酚作为稳定剂或抑制剂以防止过早聚合。为促进聚合物和单体在室温下聚合，需向粉末中加入引发剂过氧化苯甲酰，并向液体中加入促进剂（主要是 N, N-二甲基对甲苯胺）。

部分国内上市骨水泥组成：

三、骨水泥的优缺点

传统PMMA骨水泥具有以下一系列优点：

①优良的外形可塑性，在骨水泥凝固之前，操作者可以进行任意塑性；

②材料安全性能好，在体内成形后不被人体降解和吸收；

③化学结构稳定，力学性能得到认可。

但人们在应用过程中也发现PMMA骨水泥也存在以下缺点：

①MMA单体在聚合时会放出热量，刚形成的骨水泥在人体外的温度也能达到100度以上，把刚形成的骨水泥置于人体内，温度也可达到45-50度，这样的高温容易造成周围组织或细胞的损伤；

②骨水泥组成材料MMA单体、促进剂N, N-二甲基对甲苯胺、阻聚剂对苯二酚和显影剂BaSO4等存在一定的细胞毒性；

③PMMA骨水泥为生物惰性材料，与人体骨组织结合紧密性较差，容易引起假体松动和脱落；。

④PMMA骨水泥成品的力学机械强度较大，与椎体的机械稳定性不匹配，容易引起邻近椎体的骨折；

⑤PMMA骨水泥并不具备生物活性，不能诱导人体内新生骨组织的生长。

四、骨水泥的性能研究重点

PMMA骨水泥产品使用前分为粉剂和液剂两种组分，因此厂商针对产品的性能研究往往更多的放在了粉剂和液剂上。为此，2020年3月27日，国家药品监督管理局医疗器械技术审评中心（CMDE）专门刊文，强调脊柱用PMMA骨水泥产品的性能研究，还应关注粉剂和液剂混合后形成终产品的性能研究。应至少关注以下方面：

（1）粉剂和液剂各组分、配比研究，粉剂组分形态及粒径分布；

（2）分子量，如粘均分子量、数均分子量/重均分子量；

（3）聚合物结构，如接枝，线性或共聚；

（4）物理性能，如收缩率、吸水率等；

（5）组分的稳定性，如液体吸收和聚合导致的老化、加热后液体粘度变化、过氧化苯甲酰水平的变化（老化）；

（6）对于聚合物的单体进行残留评价，如聚合时及聚合后单体析出量、聚合后单体残留量，并在此基础上对单体残留毒性进行安全性评价；

（7）结合产品适用部位，相关动静态力学性能研究；

（8）在预期使用方式下骨水泥粉剂和液剂混合的聚合反应过程研究。

为满足临床上如粘固人工假体、填补骨缺损、防止感染等手术使用需求，目前国内外学者已在实验室制备很多改性骨水泥产品，但至今还没有一种能够满足临床上患者各方面需要的理想骨水泥。期望能够研发出更多完美的骨水泥材料，既具备合适的力学性能，对人体无生物毒性，又兼备较好的生物活性，能使骨水泥与人体骨组织之间紧密结合，促进人体内新生骨组织的生长。