骨關(guān)節(jié)疾病是影響人類健康的主要因素之一。為了改善關(guān)節(jié)功能、提高患者的生活質(zhì)量，采用人工關(guān)節(jié)置換術(shù)是常用的治療手段。目前，在臨床上廣泛使用的髖關(guān)節(jié)等人工關(guān)節(jié)多是鈦合金等金屬材質(zhì)，依照人體關(guān)節(jié)的構(gòu)造、形狀和功能制作而成。人工關(guān)節(jié)置換手術(shù)后常由于關(guān)節(jié)磨損的磨屑、應(yīng)力遮擋和骨關(guān)節(jié)界面結(jié)合不佳等情況，導(dǎo)致植入假體的失敗。因此，研究新一代植入材料，增強(qiáng)骨組織與植入假體相互作用，對有效防止假體松動(dòng)、促進(jìn)人工假體的長期穩(wěn)定具有重要意義。

上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院張小農(nóng)課題組在醫(yī)用鈦材料上制備了一種新型多孔納米晶體的表面結(jié)構(gòu)特征，并與該校附屬第六人民醫(yī)院的蔣垚等骨科研究人員一起通過體外實(shí)驗(yàn)，研究了成骨細(xì)胞在納米鈦合金表面的生物學(xué)特性，分別通過熒光顯微鏡、掃描電鏡及RT-PCR分析等，觀察成骨細(xì)胞在不同材料表面的黏附生長情況。研究結(jié)果顯示：與普通鈦合金相比，納米表面鈦合金能夠促進(jìn)成骨細(xì)胞的黏附作用，促進(jìn)成骨緊密貼壁和早期融合，并可有效減少或延緩假體松動(dòng)。

該研究成果為將納米技術(shù)應(yīng)用到人工關(guān)節(jié)等植入器械領(lǐng)域提供了新的方向，相關(guān)論文發(fā)表在2008年第1期《科學(xué)通報(bào)》上。

“人工關(guān)節(jié)是指根據(jù)人體關(guān)節(jié)的構(gòu)造、形狀與功能而設(shè)計(jì)的人造關(guān)節(jié)，用來取代人體受損或病變的關(guān)節(jié)。”張小農(nóng)介紹說，“現(xiàn)在臨床使用的人工關(guān)節(jié)大多是使用鈦合金等材料制作而成，國外也有廠家在金屬材質(zhì)的人工髖關(guān)節(jié)上添加生物陶瓷涂層來增強(qiáng)骨長入效果，延長假體使用壽命。但是，長期使用后，由于磨損產(chǎn)生的碎屑引起的骨溶解和吸收，以及涂層與假體的分離等問題，致使人工關(guān)節(jié)松動(dòng)的問題一直沒有得到根本解決。”

張小農(nóng)指出，細(xì)胞黏附是成骨細(xì)胞和植入材料接觸的第一步，它將直接影響成骨細(xì)胞在假體表面的增殖、分化和鈣化以及隨后的人工假體與周圍骨組織之間的骨整合。

張小農(nóng)課題組通過對鈦合金進(jìn)行塑性變形和化學(xué)處理，導(dǎo)致原本光滑的表面轉(zhuǎn)換為一種類似多孔結(jié)構(gòu)的粗糙表面，其組成的晶粒則為納米量級。這種多孔納米表面鈦合金，不僅比普通光滑表面的粗糙程度大大增加，提供了更多的面積；而且，納米表面的電化學(xué)性質(zhì)發(fā)生了變化，從而大大增強(qiáng)成骨細(xì)胞與植入材料的黏附。另外，納米材料相對普通材料表面具有更多的晶界，合金的晶界具有更活潑的表面性質(zhì)，可以影響初期蛋白質(zhì)的相互作用，介導(dǎo)隨后的細(xì)胞黏附，這也有助于改善成骨細(xì)胞的功能。

“我們在實(shí)驗(yàn)中將新生乳鼠頭蓋骨中的成骨細(xì)胞分別種植于納米鈦合金表面和普通鈦合金表面進(jìn)行體外細(xì)胞培養(yǎng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果充分驗(yàn)證了上述結(jié)論。”張小農(nóng)說，“如果這項(xiàng)技術(shù)能夠真正形成產(chǎn)品，人工關(guān)節(jié)的使用壽命估計(jì)可以大大延長。”

由于科研經(jīng)費(fèi)的制約，課題組目前還只是制備了小塊的納米鈦合金來植入新西蘭兔體內(nèi)進(jìn)行觀察，還無法制作完整的納米人工關(guān)節(jié)用在動(dòng)物或人體上進(jìn)行關(guān)節(jié)置換手術(shù)。張小農(nóng)告訴記者，他們希望在下一步研究中能夠與相關(guān)醫(yī)療器械廠家進(jìn)行合作，以期讓這項(xiàng)研究成果早日投入臨床應(yīng)用，造福廣大患者。