综述：钙镁磷酸盐骨水泥在生物可视化与诊疗一体化中的应用

《Biophysical Reviews》：Calcium and magnesium phosphates bone cements for biovisualization and theranostic applications

本综述系统阐述了钙镁磷酸盐骨水泥（CPC/MgPC）作为先进骨修复材料的最新进展。文章重点突出了其可注射性、适配的力学性能与降解动力学，并着重探讨了其独特的诊疗一体化（Theranostic）功能，即集生物成像（如用于监测骨形成的非侵入性生物可视化技术）与治疗效应（如清除癌细胞、抗菌、促成骨分化）于一体。该材料在微创手术（椎体成形术/后凸成形术）、口腔医学及骨肿瘤（原发/转移性）治疗领域展现出巨大潜力。

　　

摘要

由创伤或各类疾病导致的巨大骨缺损需要能够刺激新骨组织形成的材料来填充。无机钙磷酸盐和镁磷酸盐骨水泥材料（包括可注射骨水泥）的主要优势在于其能够填充复杂的骨缺损、提供适宜的力学性能和吸收动力学以促进后续新骨形成，并且还能提供诊疗一体化的特殊功能特性。这些骨水泥也被用于微创外科技术，如椎体成形术和后凸成形术，以及在肿瘤学和牙科学中。监测牙科手术过程及评估新骨形成过程中的恢复情况，需要使用非侵入性的生物可视化方法进行观察。开发具有诊疗一体化效应的骨水泥材料，可能为原发性和转移性骨肿瘤的治疗策略提供新的机遇。本综述阐述了基于钙和镁磷酸盐的骨水泥在现代生物成像方面的最新进展，这涉及多种成像技术的应用，同时还能提供治疗效应，包括清除癌细胞、抗菌特性以及促成骨分化。

引言：骨修复材料的挑战与机遇

骨缺损的修复是临床面临的一大挑战。理想的骨修复材料不仅需要作为物理填充物支撑缺损部位，更应能主动引导并促进骨组织的再生。传统的生物材料往往难以同时满足生物相容性、力学匹配性、可控降解性以及功能多样性等多重要求。在这一背景下，无机钙磷酸盐（Calcium Phosphates, CPCs）和镁磷酸盐（Magnesium Phosphates, MgPCs）骨水泥因其优异的生物学性能和可调控的物理化学特性，成为了研究的热点。特别是其可注射的特性，使其能够通过微创方式精确植入不规则形状的骨缺损区域，极大减少了手术创伤。

钙镁磷酸盐骨水泥的特性

这类骨水泥的核心优势在于其成分与人体骨组织无机矿物相似，具有良好的生物相容性和骨传导性。其固化反应通常在常温或生理条件下进行，避免了高温对周围组织的损伤。更重要的是，通过调整钙/镁比例、液相组成以及添加功能性填料，可以精确调控骨水泥的凝固时间、抗压强度以及体内降解速率，使其降解与新骨生长速率相匹配，实现完美的骨整合。除了这些基本性能，研究人员正致力于赋予骨水泥更高级的功能，即诊疗一体化（Theranostic）能力。

诊疗一体化：生物可视化与治疗相结合

诊疗一体化是医学材料发展的前沿方向，旨在将诊断（成像）和治疗功能集成于单一平台。对于骨水泥而言，这意味着在修复骨缺损的同时，能够被医学影像设备（如X射线、计算机断层扫描CT、磁共振成像MRI、荧光成像等）清晰、长期地追踪，从而实现对材料植入位置、降解过程以及周围组织再生情况的“生物可视化（Biovisualization）”监测。例如，通过掺入显影剂（如钆离子、碘化合物或荧光染料），可以使骨水泥在CT或MRI下显影，为医生评估手术效果和术后恢复提供直观依据。

超越修复：骨水泥的治疗功能拓展

在治疗方面，功能化骨水泥展现出巨大的潜力。在肿瘤领域，负载化疗药物或放射性核素的骨水泥可用于治疗原发性骨肿瘤或骨转移瘤，在局部释放高浓度药物以“清除癌细胞（Cancer cleaning）”，同时减少全身毒副作用。在抗感染方面，掺入银离子、抗生素或具有光热/光动力效应的纳米材料，可以赋予骨水泥强大的“抗菌特性”，有效预防和治疗植入物相关感染。此外，通过引入生物活性因子（如骨形态发生蛋白BMPs）或模拟骨基质的微环境，骨水泥还能显著促进成骨细胞的“成骨分化（Osteogenic Differentiation）”，加速骨愈合。

临床应用场景

基于上述特性，钙镁磷酸盐骨水泥的应用已超越传统的骨缺损填充。在骨科微创手术中，如治疗骨质疏松性椎体压缩性骨折的“椎体成形术（Vertebroplasty）”和“后凸成形术（Kyphoplasty）”，可注射骨水泥能迅速稳定椎体，缓解疼痛。在“牙科学（Dentistry）”中，它们被用于颌骨缺损修复、根尖封闭等。在“肿瘤学（Oncology）”中，它们为骨肿瘤切除后的重建和辅助治疗提供了新的工具。

总结与展望

综上所述，基于钙和镁磷酸盐的骨水泥已经从被动的骨替代材料，发展成为集修复、诊断、治疗于一体的智能生物材料平台。其诊疗一体化的特性，特别是结合了生物可视化监控与多种治疗手段（抗癌、抗菌、促成骨）的能力，为复杂骨疾病的个体化精准治疗开辟了新的道路。未来的研究将更加注重材料的多功能协同、智能化响应（如对特定生理环境变化的响应）以及长期的体内安全性与有效性评估，以推动其向临床应用的最终转化。