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镁医疗：镁合金在医疗领域的星星之火

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镁合金具有低密度、低弹性模量、可生物降解、高比强度、生物相容性好等优点，作为一种可降解植入器械的候选材料，在骨科、心血管等医学领域展现出极大的应用前景。近年来，关于可降解镁合金在医学领域的研究越来越多，也受到广泛的关注。





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骨科植入器械用镁合金




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镁合金与骨科医学领域
镁合金在医学领域的应用最早可追溯到1878年，Dr. Edward C. Huse医生将镁线用于桡动脉和精索静脉曲张手术止血中发现了镁线的缓慢降解。之后，临床医生尝试着将镁合金作为骨科等的植入器械使用，但是镁合金在植入后快速降解产生气泡的问题中断了相关的应用探索。

针对镁合金的研究始终在进行，科研人员通过成分调整和加工工艺的改进不断提高镁合金的性能，使得镁合金作为植入器械用材料再次成为可能。

相对于传统的不锈钢、钴基合金和钛合金骨科植入器械，镁合金植入器械可以在受损骨组织完成修复后降解吸收掉，不需要二次手术取出，能够显著减少患者痛苦和治疗成本。此外，镁合金的密度和弹性模量与人体骨组织更接近，可显著降低应力遮挡效应，有利于骨组织的愈合。

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可降解镁合金相对传统金属植入器械的优势和劣势
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多款镁合金植入器械临床应用

早期，德国Syntellix公司开发了MAGNEZIX®镁合金螺钉，后来英国DePuy Mitek公司开发了MgYREZr合金的干预螺栓，德国Biotronik公司开发了镁合金药物洗脱支架。在中国，上海交通大学开发了JDBM合金，并利用该合金研发了包括骨钉、骨板、冠脉支架、多孔植入物等器械。虽然镁合金相对低的力学强度和过快的降解速度影响了早期医疗产品的应用推广，但随着镁合金领域的研究进展进一步加深，已为其植入器械产品的应用重新点燃了希望。

从人体组织修复的过程来看，其会经历1周作用的炎性反应、3-6个月的组织修复和更长时间的组织重构，如果可降解镁合金骨植入器械能够在前两个阶段为组织提供充分的力学支撑，在第三阶段中期基本完成降解，那么将成为完美的可降解骨科植入器械。从临床应用的角度，可以利用镁合金开发出颅颌面的骨折及骨缺损修复用固定或接骨板、口腔种植GBR补骨用隔离膜、血管介入治疗用支架、股骨头紧固用螺栓、指骨固定钉、髋臼杯固定钉、膝关节韧带固定用界面螺钉等可降解植入器械。

但是，这些植入器械的开发需要镁合金具有优异的生物安全性和相容性，尽量避免有害元素的添加；其次其强度要大于200 MPa，降解速率小于0.5 mm/年以保证90-180天的有效力学支撑；对于心血管支架，镁合金的塑性要大于20%，同时具有均匀、可控的生物降解行为。

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可降解金属植入器械的机械完整性与降解过程的合理匹配



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可吸收镁合金支架



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镁合金支架优势
目前，永久植入性支架面临诸多问题，这已基本成为业内共识。

首先，支架作为异物永久留存在血管内，容易引起慢性炎症，导致晚期、极晚期血栓和再狭窄；若有内皮化延迟、或代偿性血管扩张引起支架小梁异位，可能加剧晚期血栓风险。其次，血管的自然角度和曲率、血管的搏动和舒缩功能，均因支架的长期存在而不能恢复。

而可吸收镁合金支架植入人体后，可逐步降解，血管也随之逐渐恢复自然状态和生理功能，因异物引起的血管风险显著降低。此外，镁合金的力学性能与骨骼相似，显著高于聚乳酸，可设计、制造更薄的支架，促进内皮化。还可通过电抛光工艺对镁合金支架进行表面处理，减少对血流动力学的干扰。未来，可吸收镁合金支架有望在冠脉介入、外周介入、神经介入等多个领域中应用。
德国Biotronik（百多力）公司此前一直被认为是在可吸收镁合金冠脉支架领域发展最成熟的企业。他们的Magmaris支架产品于2016年获得了国际上第一个镁合金支架CE认证；产品于2018年在香港上市。由该公司公布的BIOSOLVE-II术后5年随访数据上看，靶病变失败率（TLF）为8%，肯定的或可能的血栓为0，显示其临床表现具备优于其它可吸收材料的潜质。
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数年研发突破难点

可吸收镁合金支架的研发制造面临三个重大挑战。分别是：降解速率快且难以控制；支架的有效支撑时间和降解时间上的平衡；力学性能上的强度、塑性难以平衡。只有解决这三性合一问题才能研发出临床认可的镁合金产品。

目前走在最前沿的是由潘复生、张兴栋两位院士领衔的“可吸收镁合金支架”联合研发团队，这个团队的技术力量主要来自于国家镁合金材料工程技术研究中心、国家生物医学材料工程技术研究中心、北京美中双和医疗器械股份有限公司。
为了解决镁合金的纯度问题，重庆大学研究团队通过镁合金熔体的无熔剂变温自纯化工艺，将镁合金中的Fe含量降至10ppm，纯度提高后，腐蚀速率大幅降低，耐蚀性显著改善，为高性能医用镁合金制备奠定重要基础。重庆大学研究团队还发展了连续锻造挤压技术，获得连续的累积变形，促进再结晶，实现镁合金材料锭坯的均匀化制备。
为了进一步控制支架在体内的降解速度，美中双和研发团队开发出支架复合涂层，能够更好地调整降解时间，保证支架在一定周期内的有效支撑。在有效控制降解速度的问题上，美中双和团队通过优化支架结构设计，有效分散支架应力，使其更适合镁合金的力学特性，并避免保护性涂层开裂。
联合研发团队成员、北京美中双和医疗器械股份有限公司首席科学家何福桂博士表示：这款国内自研的支架，所用镁合金材料已超越同行所用的材料，其中拉伸强度超出15.9%、延伸率也有所提高。支架小梁的厚度、宽度只有125微米，比竞品更薄、更窄，但径向支撑力反而提高了16％。体外模拟实验显示，2个月后，支架的径向支撑力仍可保持85%以上，说明综合性降解控制方法效果优异。从大动物实验一个月、三个月、六个月、十个月的结果来看，支架植入段血管内皮化良好、内膜均匀、无再狭窄、无血栓。

该支架有望于年内进入临床试验阶段。


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此外，镁合金在口腔、肠道吻合器、眼眶病、输尿管支架等领域，国内也在开展相关研究并取得一定进展，未来有望带来像可吸收镁合金支架一样的革命性产品。


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文章分类： 综合
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