1.山西医科大学第一临床医学院；2.山西医科大学第一医院整形外科；3.通讯作者，教授，硕士研究生导师
【摘 要】生物材料已成为医用材料领域研究的热点，生物活性玻璃（Bio-Active Glass，BAG）更是近些年来在生物材料领域中研究的热门，它由美国弗罗里达大学Hench 教授于上世纪70年代初研制生产，本质为玻璃材料，但因其良好生物活性和生物相容性，成为一种高效、安全的新型医用生物活性材料，在口腔、骨科、组织工程、创伤修复、整形美容等多个医疗领域都有良好而广泛的临床应用。本文就生物活性玻璃的生物活性、生物相容性、抗菌性能、基因激活潜能和生物玻璃在创面修复中的临床应用的进展做一综述。
【关键词】生物活性玻璃；生物活性；基因激活潜能；创面
1.概述
生物玻璃是由美国弗罗里达大学的 Larry L.Hench 教授于20世纪70年代初研制的一种具有生物活性的玻璃材料，主要由SiO2、P2O5、Na2O和CaO等元素组成，因其化学本质中含有硅元素，则被称为“生物活性玻璃”。它具有良好的生物活性、生物相容性、抗菌性能、基因激活潜能等特性，能与骨和软组织等都具有良好的结合性，在口腔、骨科、组织工程、创伤修复、癌症治疗、整形美容等各方面都有良好而广泛的应用。
2.生物玻璃的分子生物学特性
2.1生物活性
作为评估生物材料的一项重要指标，生物活性（biological activity）主要指生物材料与生物组织产生化学健合的能力。Aldini等将有BAG的涂层的假体植入大鼠股骨远端，与没有BAG涂层的假体进行植入后对比，发现假体与周围骨组织整合得到增强。Kirk等通过大鼠大腿肌肉包埋试验证实，BAG可促进植入部分成纤维细胞和血管内皮细胞的增殖，材料与周围组织有血管长入。生物活性可通过In Vitro（体外）实验、In Vivo（体内）实验，和细胞培养实验三种实验方法证明。
2.2生物相容性
生物相容性（biocompatibility）——材料植入人体后所产生的一系列相互作用，即是否会对人体组织造成毒害作用，有无免疫排斥反应，甚至与血液是否相容，是任何一种生物材料都必须具备的性能。在早期研究中显示，将生物玻璃植入大鼠皮下1个月后，植入部位及周围皮肤未见明显病理生理反应，同时在植入物周围区域可见毛细血管长入，首先证明了BAG具有一定的生物相容性。李等采用人成骨肉瘤细胞作为细胞模型，通过观察检测骨肉瘤细胞在BAG陶瓷支架材料上的增殖情况，发现规则孔隙结构材料上的细胞活性明显高于不规则孔隙结构的材料，说明生物玻璃的生物相容性与其结构有一定关系。
2.3抗菌性能
除了公认的生物活性和生物相容性外，生物活性玻璃还具有良好的抗菌性能。二十年前的研究中，Stoor将S53P4生物活性玻璃的粉体放入有多种细菌（溶血性链球菌、变形链球菌、粘放线菌和具核梭杆菌等）的悬浮液中进行混合培养，发现BAG对这些细菌有明显的抗菌作用，但仅是在加有NaOH的碱性溶液中的抗菌活性较强，中和期碱性后抗菌活性消失，说明生物玻璃抗菌性能与其溶液的pH值有关，碱性环境更利于发挥其作用。之后在进一步实验中观察到，在加有粉末状的S534P生物玻璃的培养液中，细菌明显被抑制，而直接将生物玻璃片放在细菌培养皿内，则未观察到明显抗菌作用。这说明：生物玻璃本身并无明显抗菌性，只有将材料表面进行溶解，溶液中离子浓度发生改变才具有抗菌活性。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆Allen在2001年的实验中发现45S5生物玻璃除了对口腔常见微生物有明显抑制作用，还可以发挥减少牙菌斑的形成以及常见呼吸道病菌的附着的作用，为研发含有BAG的牙膏打开了新思路。如果使用涂有45S5涂层的手术缝线，则有明显的减少细菌繁殖的现象。在临床研究中发现，以溶胶凝胶法制备的生物玻璃对多种临床常见需氧、厌氧菌的抗菌作用更为显著。
3.生物玻璃的基因激活潜能
近年来，研究BAG基因和生物分子作用等文章显著增加。高等在2001年研究中发现，生物玻璃能够明显地刺激人成骨细胞中骨形态发生蛋白－2（BMP－2）基因的表达，且用于培养成骨细胞的表面BAG，与惰性材料相比，细胞活性显著增加。Asselin采用胚胎软骨细胞与BAG作用，发现X 胶原蛋白和 indianhedgehog 因子（可刺激软骨细胞增殖，是转换应力信号中的关键因子）的基因表达显著提高，同时对Ⅱ胶原和 Cbfa2 /Runx1 因子的基因表达也具有一定刺激作用。 Christodoulou等证实，将胎儿成骨细胞中加入生物玻璃进行培养，可提高多种成骨中酶和胶原、蛋白基因的表达。Day将生物玻璃材料与成纤维细胞共培养，发现可显著提高血管内皮生长因子编码基因的敏感性。
由于生物活性玻璃中含有硅、钙、磷等元素, 被人认为其在基因转染方面具有一定的应用潜能。刘惠等通过微纳米生物活性玻璃纤维（BGF）的实验, 证明了生物活性玻璃纤维在无血清的培养基中可大量释放钙、磷酸根离子, 这些离子在堆积的同时可装载质粒DNA，充当基因转染的载体,且转染效率存在一定的BGF剂量依赖关系，而生物活性玻璃纤维的离子溶出具有较高的稳定性, 有望代替传统的纳米磷酸钙转染体系用于基因传输。
微纳米生物活性玻璃（MNBG）因具有特殊的形态结构和理化性能，已成为新一代研究关注的热点。胡庆等通过将特殊制备具有特殊微纳米结构和形态的 MNBG的浸提液与 MG－63 细胞共培养，与传统的熔融法制备的生物玻璃（45S5）浸提液相对照，MNBG 浸提液明在促进细胞繁殖，激活细胞相关成骨基因，上调相关蛋白的表达等方面更胜一筹。
在伤口愈合和骨组织构建中，新血管的形成非常重要，然而，失控后的持续血管新生形成可导致各种病理结果包括慢性炎症甚至肿瘤的形成。合理的基因信号激活和失活途径是避免出现异常增生行为的关键。加强对BAG调控基因表达的作用机制深刻理解，将有利于精确调节和操控基因表达，最终构建以合理的、可控的和顺序激活的控制细胞行为的生物活性材料。
4.生物玻璃在创面中临床应用
皮肤作为我们重要的感知、代谢、调节、保护器官，对维护机体内环境的稳定十分重要，恢复皮肤屏障功能，重建皮肤完整性形，是创面治疗的最终目标。由于各种原因造成的急性创面如手术切口、外伤性创面，慢性创面如慢性溃疡、糖尿病足等的恢复已成为世界共同关注的重大问题。生物活性玻璃（BAG）因其优良的生物活性、生物相容性和抗菌活性，目前已被广泛应用于各种创面修复中。
康倍RBI（combest）——新型生物活性修复材料，它为首个生物玻璃和透明质酸钠（hyaluronan）的组合物，用于急慢性皮肤创面及黏膜溃疡的修复，具有低抗原、高生物活性和可吸收等特点。康倍中生物玻璃的网格结构可为机体细胞增殖提供适宜的微环境，另一方面, 高浓度的透明质酸钠还能减少胶原纤维挛缩和瘢痕组织增生，使组织获得良好的再生修复，甚至达到“无疤”愈合。
“特肤生（derm factor）”，由中国科学院开发研制，是一种可广泛应用于各种创面（如烫伤、手术切口等）的BAG敷料，具有良好的组织相容性和促进创伤组织再生能力。复旦大学附属华山医院将其运用于烧伤治疗后期创面的治疗，结果证明治疗组创面平均愈合时间缩短2天左右，且能明显减轻创面渗出，证实特肤生能有效促进创面愈合。
5.展望
新型医用材料的产生与应用代表了整个医用材料领域的变革与发展，是传统治疗方法的重大突破，是社会的不断发展与进步，更是现代人们对医疗水平与质量改善的迫切要求。如今，生物活性玻璃这种新型生物材料已在组织工程支架材料、整形与修复、人工骨材料、口腔材料、癌症治疗和药物载体等多领域中得到良好而广泛的应用。而生物活性玻璃相关敷料已在糖尿病性慢性溃疡、下肢动静脉疾病性溃疡、褥疮、外伤和烧伤导致的创面治疗中取得了瞩目的治疗效果，不仅提高了各种创面的愈合质量，更给患者家庭减少了医疗费用的负担。
我们在使用新型生物材料的同时应严格遵循适应症，只有在充分评估病情的情况下，加强对患者个体状况的了解，才能充分发挥生物材料的最佳功能，最大程度减轻不良反应，促进患者疾病的康复。在当今科学技术日新月异发展的推动下，我们对生物材料的了解在不断加深，生物玻璃等生物材料在医疗中各领域的应用将会越来越广泛和深入。
论文作者:汤文雯,张宝林
论文发表刊物:《中国医学人文》(学术版)2017年5月第10期
论文发表时间:2017/10/17
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