鉍合金可聯合AMF加熱效應抑制疼痛致敏物質的表達
大骨缺損患者或骨再生能力較弱的老年患者，需要骨移植材料替代缺失骨。但是自體和異體骨組織來源有限；大部分非金屬材料機械性能差；傳統的金屬材料熔點高、形狀可塑性差，并且彈性模量遠高于骨組織，容易產生松動。同時，骨缺損刺激周圍神經產生疼痛，常見的骨鎮痛藥物（阿片類藥物和非甾體抗炎藥）易導致呼吸抑制、腎毒性，影響骨重塑/愈合等副作用；非藥物鎮痛療法如熱療鎮痛效果明顯，如電熱針治療慢性疼痛和抑制炎癥反應，但反復針刺熱療會導致組織創傷，治療深度有限。如何應對大面積骨缺損及其引發的急慢性疼痛的醫療難題，仍然是相關領域關注的重點。
近日，清華大學醫學院生物醫學工程系聯合中科院理化技術研究所，報道了具有熔點低、固-液相變快、形狀可塑、機械強度大以及較好的導電和導熱性能的鉍合金，可原位注射長期修復骨缺損，聯合遠程交變磁場（AMF）加熱效應，抑制疼痛致敏物質(IL-6、SP、TRPV1)的表達，實現對骨缺損引起的急性、慢性疼痛的微創治療（圖1）。
圖1.鉍合金骨缺損填充和鎮痛的示意圖。（A、B）鉍合金原位注射修補骨缺損。（C）通過AMF遠程控制鉍合金的溫度以抑制疼痛。（D、E）磁熱療抑制疼痛敏化因子的表達，緩解疼痛。
通過Micro-CT成像可觀察鉍合金注入區域和位移。值得注意的是，在骨移植后第210天觀察到的鉍合金在骨填充部位的位置沒有明顯移動（圖2）。此外，鉍合金-骨切片與特異性染色顯示鉍合金與骨結合較為緊密，其與骨親和性較好（圖3）。機械與熱痛敏行為學測試表明基于鉍合金的電磁加熱效應，遠程交變磁場控制溫度，減輕了機械和熱痛閾值（圖4）。降低了疼痛敏化物質（IL-6，SP和TRPV1）的表達（圖5）。此外，研究人員對鉍合金進行了全面的生物安全性評估。從體外細胞毒性到體內（長達7個月）安全性評估均未發生異常，這為支持將來可能的應用提供了非常有力的證據（圖6）。這種鉍合金原位注射與AMF磁控熱療相結合治療骨缺損和疼痛的方式，將是骨科領域的一項突破性的治療手段。研究成果以題為“Injectable Affinity and Remote Magnetothermal Effects of Bi-based Alloy for Long-Term Bone Defect Repair and Analgesia”發表在國際知名期刊Advanced Science 上，清華大學在讀博士生何元源、山西第二醫院趙昱博士和中科院理化所范琳琳博士為文章第一作者，清華大學教授、中科院理化所雙聘研究員劉靜為文章通訊作者。
圖2. 骨缺損修復與CT成像。
圖3. 鉍合金植入后210天后，鉍合金組的骨親和性評估。
圖4. 行為學測試磁熱鎮痛效果（A、B）和熱刺激對大鼠身體狀況的影響評估（C、D）。
圖5. 免疫組化測試鉍合金磁熱治療組和非治療組L4-5 背根神經節中IL-6，SP和TRPV1表達水平。
圖6. 鉍合金在體外和體內的毒理學評估。
