研究内容简介

镁金属因具有理想的力学模量、良好的生物相容性、体内可降解及促骨生成效应，有望被发展成为新一代内固定器械用于ACL重建。然而，其降解速率过快和力学强度不足也被认为是限制其在临床上进一步应用的主要原因之一。本文主要聚焦以下三个部分：首先，介绍了镁及其合金作为潜在的界面螺钉的优势；随后，阐述了镁离子促进腱-骨愈合的潜在机制；最后，讨论了镁基界面螺钉在未来临床应用中的难题以及针对性解决方案，包括开发镁/钛组合器械和具有新型结构的镁基界面螺钉，以满足临床手术需求。总而言之，镁基界面螺钉的基础研究和临床转化的进步可能为腱骨愈合和相关疾病的治疗提供了新的思考策略。

图1 镁基界面螺钉在临床应用中的挑战。（A）镁基界面螺钉在体内环境中的降解示意图。镁离子的析出，H2的释放和OH-的产生，有助于形成含有Mg(OH)2，MgCO3，Ca3(PO4)2和Mg3(PO4)2等无机物质以及由葡萄糖酸镁，糖胺和白蛋白螯合物组成的有机产物。此外，由于有机层的沉积，氨基酸，蛋白质和脂质的存在可能会改变镁基界面螺钉的降解速率。（B）镁基植入物在体内快速降解导致周围有大量气孔产生。（b：骨组织，gb：气孔，cp：腐蚀产物）。（C）镁基界面螺钉在体内的快速降解不利于肌腱移植物的固定。（D）镁基界面螺钉的理想降解行为应与肌腱-骨界面愈合过程相匹配。

图2 镁基界面螺钉扭矩不足。（A）建立FEA模型以比较钛基和纯镁界面螺钉之间的最大扭矩。（B）模拟分析图显示扭矩过大会造成螺钉头滑丝变形。（C）螺钉滑丝变形会导致扭矩下降。（D）纯镁界面螺钉的扭矩不足会引起螺钉头的损坏而导致手术失败。

图3 用于临床应用的新型含镁界面螺钉的研发策略。（A）通过改变螺钉头的导通深度来优化镁基界面螺钉的结构设计，以提高最大扭矩。（B）镁/钛组合器械是由镁棒和钛基界面螺钉组成，螺钉本体上有孔洞可允许镁离子在周围骨组织中释放，以发挥良好的生物学作用，同时弥补了力学性能不足的缺陷。

论文第一/通讯作者简介

第一作者：罗颖

中山大学生物医学工程学院研究生在读，研究方向为可降解镁基界面螺钉临床转化研究，已发表SCI论文1篇，公开发明专利2项，授权专利1项。

共同第一作者：张超

中山大学生物医学工程学院教授，主要从事生物医用材料（骨修复材料/组织工程，药物输运体系，生物医学先进制造）。以第一或通讯作者身份在Tissue Engineering Part A，Nanoscale等国际主流期刊上发表论文50余篇，获得授权专利多项。

共同第一作者：王珏

横乐医学有限公司助理主任，主要从事生物医药/器械转化研究。

通讯作者：王佳力

中山大学生物医学工程学院副教授，主要从事骨关节疾病发生发展机制探索及基于生物材料的治疗策略开发。以第一或通讯作者身份在Advanced Science，Biomaterials，Acta Biomaterialia，Bioactive Materials等国际主流期刊上发表论文10余篇；以第一发明人身份申请中国发明专利2项。2019年获得中华医学科技奖。

通讯作者：秦岭

香港中文大学教授，现任香港中文大学深港创新研究院（福田）院长、香港中文大学医学院助理院长(内地事务)，矫形外科与创伤学系教授，骨科实验室主任和医学院李嘉诚健康研究生骨科创新生物材料和药物研发中心主任，同时兼任中国科学院深圳先进技术研究院转化医学研究与发展中心主任。秦岭教授长期关注难治愈骨疾病的基础研究和临床转化工作，专注于植物和矿物源的骨科药物和骨科内植物的基础和临床转化医学研究，其中包括植物源中药小分子化合物和可降解镁基骨内植物促进骨再生方向。其中通过建立产学研合作平台成功进行了抗骨质疏松中药仙灵骨葆的由美国FDA认可的美国辛纳克临床医药产品主持的国际多中心临床研究，并是时属贵州同济堂公司历史上第一个在美国纽交所成功上市的中国中药企业的旗舰产品。目前作为香港、国家和国际重要研究课题的首席科学家，并通过产学研合作，共同主导研发高纯镁骨科螺钉治疗股骨头坏死和3D打印含镁多孔支架骨替代材料的开发和临床转化，2014和2018年先后获国家创新医疗产品论证，2019年进入多中心临床试验，相关科研成果和今后的临床转化努力近期亦获得Nature杂志的专题报道（https://www.nature.com/articles/d42473-018-00028-w）。秦岭教授以通讯作者身份在Nature Medicine，Annals of the Rheumatic Diseases, ACS Central Science，Biomaterials等国际主流期刊上发表论文300余篇，H-指数56。秦岭教授分别担任10 个国际和国内学术组织职务，包括国际华人骨研学会主席（2009-2011）(www.icmrs.net)、 6个SCI杂志主编、副主编和编委，包括Journal of Orthopaedic Translation (主编)、Journal of Bone and Mineral Research 和International Journal of Sports Medicine (编委); 矫形外科与研究杂志和临床生物力学杂志副主编等。

资助信息

该研究得到了国家自然科学基金委（81702165,  81802152）, 广东省基础与应用基础研究基金委员会（面上项目：2019A1515011404；重点领域研发计划：2020B090924004）和香港研究资助局主题研究计划（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.