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针对可降解植入物在承重骨部位应用受限的问题,研究人员构建长骨骨折锌合金螺钉钢板系统的有限元模型,结合连续损伤力学和力学调控组织分化算法模拟降解与愈合。发现降解植入物促进骨痂成骨(16% vs 12%)和力学恢复(骨刚度分数 107% vs 95%),骨折愈合减缓植入物降解(第 4 周刚度分数 40% vs 8%)。模型为承重部位植入物设计提供平台。
可降解植入物在骨折固定领域具有广阔前景,但其在承重骨骼部位的应用尚未普及。核心问题在于机械载荷下植入物降解与骨折愈合如何相互影响。为此,研究构建了长骨骨折的有限元模型,采用锌(Zn)合金螺钉钢板固定系统,分别基于连续损伤力学(continuum damage mechanics)和力学调控组织分化算法(mechano-regulated tissue differentiation algorithm)模拟植入物降解与骨愈合过程。以正常骨愈合的不可降解钛(Ti)合金植入物和正常植入物降解的不愈合骨折作为对照。结果显示,在植入物降解对骨愈合的影响方面,第 8 周时可降解植入物组骨痂内新生骨体积占比达 16%,高于不可降解组的 12%,且骨折骨生物力学恢复更佳(骨刚度分数为 107% vs 95%);在骨愈合对植入物降解的影响方面,骨折愈合使植入物降解速率显著降低(第 4 周植入物刚度分数:愈合组 40% vs 不愈合组 8%),完全降解的总时间从 4 周延长至 8 周。上述结果表明,机械载荷下植入物降解与骨折愈合存在显著的交互作用。该计算机模拟(in silico)模型为设计用于承重部位骨科内固定的可降解植入物时,考量材料降解与骨愈合的相互作用提供了有价值的平台。