大骨缺损患者或骨再生能力较弱的老年患者，需要骨移植材料替代缺失骨。但是自体和异体骨组织来源有限；大部分非金属材料机械性能差；传统的金属材料熔点高、形状可塑性差，并且弹性模量远高于骨组织，容易产生松动。同时，骨缺损刺激周围神经产生疼痛，常见的骨镇痛药物（阿片类药物和非甾体抗炎药）易导致呼吸抑制、肾毒性，影响骨重塑/愈合等副作用；非药物镇痛疗法如热疗镇痛效果明显，如电热针治疗慢性疼痛和抑制炎症反应，但反复针刺热疗会导致组织创伤，治疗深度有限。如何应对大面积骨缺损及其引发的急慢性疼痛的医疗难题，仍然是相关领域关注的重点。
近日，清华大学医学院生物医学工程系联合中科院理化技术研究所，报道了具有熔点低、固-液相变快、形状可塑、机械强度大以及较好的导电和导热性能的铋合金，可原位注射长期修复骨缺损，联合远程交变磁场（AMF）加热效应，抑制疼痛致敏物质(IL-6、SP、TRPV1)的表达，实现对骨缺损引起的急性、慢性疼痛的微创治疗（图1）。
图1.铋合金骨缺损填充和镇痛的示意图。（A、B）铋合金原位注射修补骨缺损。（C）通过AMF远程控制铋合金的温度以抑制疼痛。（D、E）磁热疗抑制疼痛敏化因子的表达，缓解疼痛。
通过Micro-CT成像可观察铋合金注入区域和位移。值得注意的是，在骨移植后第210天观察到的铋合金在骨填充部位的位置没有明显移动（图2）。此外，铋合金-骨切片与特异性染色显示铋合金与骨结合较为紧密，其与骨亲和性较好（图3）。机械与热痛敏行为学测试表明基于铋合金的电磁加热效应，远程交变磁场控制温度，减轻了机械和热痛阈值（图4）。降低了疼痛敏化物质（IL-6，SP和TRPV1）的表达（图5）。此外，研究人员对铋合金进行了全面的生物安全性评估。从体外细胞毒性到体内（长达7个月）安全性评估均未发生异常，这为支持将来可能的应用提供了非常有力的证据（图6）。这种铋合金原位注射与AMF磁控热疗相结合治疗骨缺损和疼痛的方式，将是骨科领域的一项突破性的治疗手段。研究成果以题为“Injectable Affinity and Remote Magnetothermal Effects of Bi-based Alloy for Long-Term Bone Defect Repair and Analgesia”发表在国际知名期刊Advanced Science 上，清华大学在读博士生何元源、山西第二医院赵昱博士和中科院理化所范琳琳博士为文章第一作者，清华大学教授、中科院理化所双聘研究员刘静为文章通讯作者。
图2. 骨缺损修复与CT成像。
图3. 铋合金植入后210天后，铋合金组的骨亲和性评估。
图4. 行为学测试磁热镇痛效果（A、B）和热刺激对大鼠身体状况的影响评估（C、D）。
图5. 免疫组化测试铋合金磁热治疗组和非治疗组L4-5 背根神经节中IL-6，SP和TRPV1表达水平。
图6. 铋合金在体外和体内的毒理学评估。
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