近期，郑州大学材料科学与工程学院关绍康教授团队在科爱创办的期刊Bioactive Materials上发表文章：ZE21C镁合金缝合锚钉的降解行为及其对韧带-骨的修复效应。研究采用ZE21C镁合金设计制备了缝合锚钉。ZE21C缝合锚钉在重建SD大鼠髌韧带-胫骨近端12周后仍能保持完整的机械结构，并且促进了缝合锚钉上方的骨愈合和纤维软骨界面的再生，加速了韧带-骨的修复。
1、研究内容简介
韧带/肌腱从其附着的骨骼上断裂是比较常见的骨骼肌肉疾病。针对这种疾病，临床上目前常常的手术器件是缝合锚钉。而目前临床上常用的缝合锚钉由于其在降解性、生物相容性或者机械性能等方面存在着局限性，手术翻修率仍处于较高水平。而近些年来，镁及镁合金由于其接近骨的杨氏模量、可生物降解性以及良好的生物相容性被视为是极大潜力的骨科植入物材料。本研究基于课题组自主研发的ZE21C镁合金设计制备了一种新型缝合锚钉，成功重建SD大鼠髌韧带-胫骨近端并修复撕脱的髌韧带（图1）。
图1 ZE21C镁合金缝合锚钉的设计及手术实验流程图
本研究首先探究了ZE21C缝合锚钉的体内降解行为（图2）。在ZE21C缝合锚钉植入后，降解不可避免地产生氢气，术后1天由于韧带-骨存在间隙，出现轻微皮下气肿，之后随着植入时间延长，氢气释放速率下降，氢气逐渐被组织吸收，术后8周和12周，ZE21C缝合锚钉周围气体阴影消失，周围骨密度逐渐接近平均骨密度。通过Micro CT提取植入后的ZE21C缝合锚钉三维形态，计算其降解速率及剩余体积。观察发现ZE21C镁合金缝合锚钉在植入后的前4周降解速率相对较高，之后逐渐减慢，到植入12周后镁合金缝合锚钉剩余体积约为原体积的75%，仍能保持较完整的机械结构。根据ZE21C锚钉不同部位的降解情况，结合其体内有限元力学及周围组织变化分析，发现植入前期（0~4周）高应力锚钉尾部（Ⅲ部分）降解迅速，植入后期（4~12周）锚钉上方骨组织的愈合加速锚钉头部（Ⅰ部位）的降解。另外，相比于TC4组，ZE21C组锚钉上方新生骨组织的体积较多，小梁骨厚度较大，这说明ZE21C缝合锚钉能够促进锚钉上方骨愈合。
图2 ZE21C镁合金缝合锚钉的体内降解行为
本研究又从影像学、膝关节功能恢复、组织学以及生物力学等角度分析了ZE21C缝合锚钉对韧带-骨的组织修复效应（图3）。从大体观察可以看出，随着术后时间的延长两组韧带-骨逐渐整合。从韧带-骨功能恢复角度，两组膝关节活动度也随着术后时间延长逐渐升高，术后12周，两组膝关节ROM恢复至正常水平，ZE21C组恢复效果更加显著。从韧带-骨组织学角度，在术后4周，ZE21C组观察到纤维软骨再生。相比之下，TC4组仅观察到纤维血管肉芽组织。术后8周两组新形成的纤维软骨较多，而ZE21C组的纤维软骨区比TC4组较大，排列有序。术后12周，ZE21C组比对照组有更成熟的纤维软骨组织和更大的组织面积。从韧带-骨生物力学角度， ZE21C组的韧带-骨的极限破坏载荷、极限应力和刚度均显著高于TC4组。ZE21C缝合锚钉在植入过程中能够促进韧带-骨修复。
图3 ZE21C镁合金缝合锚钉对韧带-骨的组织修复效应
综上，该研究采用ZE21C镁合金制备缝合锚钉重建SD大鼠髌骨韧带和胫骨近端。ZE21C缝合锚钉可在植入后12周内维持其机械结构，其降解促进缝合锚钉上方的骨愈合和纤维软骨界面再生的同时促进韧带-骨的修复。该研究为今后可降解镁合金缝合线锚钉的临床应用提供了理论指导。
图4 论文摘要图
原文信息
Delin Ma, Jun Wang*, Mingran Zheng , Yuan Zhang , Junfei Huang, Wenxiang Li，Yiwen Ding , Yunhao Zhang , Shijie Zhu , Liguo Wang , Xiaochao Wu , Shaokang Guan*.
Degradation behavior of ZE21C magnesium alloy suture anchors and their effect on ligament-bone junction repair.
Bioactive Materials, 26 (2023) 128-141.
