錳是人體必需的微量元素，與多種生理功能相關(guān)。錳離子通過影響整合素，增強(qiáng)細(xì)胞對細(xì)胞外基質(zhì)蛋白的粘附，從而促進(jìn)骨骼形成并影響骨組織代謝。同時，錳是人體中多種酶的輔因子，如精氨酸酶和谷氨酰胺合成酶，并在免疫功能和能量代謝中發(fā)揮重要作用。

近年來，隨著干細(xì)胞技術(shù)和骨組織工程技術(shù)的發(fā)展，功能性金屬離子通過物理或化學(xué)方法被摻入骨修復(fù)材料中，這些離子在材料降解后釋放出來。這些金屬離子可以作用于附著在材料表面的干細(xì)胞，促進(jìn)其骨質(zhì)生成分化，并發(fā)揮治療作用。骨組織工程技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于組織修復(fù)和再生領(lǐng)域，骨缺損已成為組織工程領(lǐng)域的主要挑戰(zhàn)之一，使其成為生物材料研究的重要焦點(diǎn)。結(jié)構(gòu)和組成與天然骨組織相似的支架材料是骨骼再生的理想候選。然而，缺乏骨誘導(dǎo)能力極大限制了膠原蛋白、羥基磷灰石和磷酸β三鈣酸鹽等材料的骨骼修復(fù)效率。對這些材料進(jìn)行無機(jī)功能性離子的改造可以增強(qiáng)其骨形成能力。近年來，研究更廣泛的功能離子主要是鎂離子（Mg）、鋅離子（Zn）和鍶離子（Sr），而錳離子的研究較少。隨著錳研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)將其添加到不同類型的生物材料中可以進(jìn)一步提升其機(jī)械性能、成骨能力和抗菌特性，使其成為生物材料研究的新方向。

錳元素在醫(yī)用金屬生物材料中的應(yīng)用

醫(yī)療金屬生物材料種類繁多，如316升不銹鋼、鈦合金、鋯合金、鈷鉻合金、鎳鈦合金、鎂合金和鎂合金、鐵基合金以及鋅基合金。由于其機(jī)械性能、性能、良好的耐腐蝕性和降解性能以及生物相容性，廣泛應(yīng)用于口腔植入物材料、骨科內(nèi)固定材料、骨缺損修復(fù)植入材料、血管支架材料等領(lǐng)域。

然而，不同類型的生物合金材料在實(shí)際臨床應(yīng)用中仍存在一些不足。例如，鎂及其合金在人體中腐蝕和降解迅速。腐蝕和降解發(fā)生在與人體血液和體液相互作用后釋放。大量氫氣不利于骨組織的愈合;體內(nèi)鐵和鐵基金屬生物材料的降解速度過慢，植入物需要取出兩次，這很容易對手術(shù)區(qū)域造成二次損傷;傳統(tǒng)的Ti-6Al-4V醫(yī)用鈦合金高彈性模量可能導(dǎo)致新生骨組織的骨質(zhì)疏松。同時，腐蝕和降解后釋放有毒的鋁和釩離子，植入人體后容易引發(fā)炎癥反應(yīng);鋅及其合金強(qiáng)度和塑性較低，且機(jī)械性能較差，限制了其臨床應(yīng)用。為了改善上述合金的缺陷，錳元素具有以下三個優(yōu)點(diǎn)：（1）錳元素是人體必需的微量元素，具有良好的生物相容性;（2）添加合金可以有效提升機(jī)械強(qiáng)度和耐腐蝕性;（3）它具有良好的成骨作用，能促進(jìn)細(xì)胞增殖、粘附、擴(kuò)散并調(diào)節(jié)骨代謝。因此，將錳引入合金材料是提升合金材料生物和機(jī)械性能的有效策略。

結(jié)合錳元素后，醫(yī)用金屬生物材料可以有效提升材料的機(jī)械性能、生物相容性和抗菌性能。同時，它增強(qiáng)了間充質(zhì)干細(xì)胞的體外骨生成分化，從而增強(qiáng)了材料的骨整合效應(yīng)，進(jìn)一步提升了醫(yī)學(xué)用途。金屬生物材料的性質(zhì)是醫(yī)療金屬材料發(fā)展的前景。

錳在骨組織工程材料中的應(yīng)用

骨組織工程材料主要用于修復(fù)骨缺陷。目前修復(fù)骨缺損的方法主要是自體骨和異體骨移植。然而，他們的不足也顯而易見。自身骨移植需要從患者體內(nèi)獲得，并需要第二次手術(shù)，這會導(dǎo)致供區(qū)受損并增加手術(shù)風(fēng)險。異體骨移植可能導(dǎo)致免疫排斥，且稀缺。這些缺陷限制了其臨床應(yīng)用。骨組織工程材料正好彌補(bǔ)了上述不足。常用材料主要包括生物陶瓷材料（如羥基磷灰石和磷酸三醛酸鹽等）、聚合物有機(jī)合成材料（主要包括聚乳酸、聚乙醇酸和聚乳酸羥基醋酸等），以及天然聚合物材料（如幾丁質(zhì)及其衍生物、纖維蛋白和膠原蛋白）等。這些材料具有良好的抗壓強(qiáng)度、生物相容性和骨整合效果，而錳離子的加入則改變并增強(qiáng)了這些效果，使其成為更優(yōu)秀的種植修復(fù)材料。

將錳離子引入骨組織工程材料具有以下優(yōu)勢：

（1）錳離子提升了生物陶瓷支架材料的機(jī)械性能。

（2）錳離子賦予材料一定的抗菌作用。

（3）錳離子還能進(jìn)一步增強(qiáng)材料的成骨作用。

大量研究還表明，與羥基磷灰石相比，含錳的羥基磷灰石具有更好的生物相容性，顯著增強(qiáng)細(xì)胞的附著和增殖能力。

錳在藥物遞送和腫瘤治療中的應(yīng)用

藥物遞送系統(tǒng)主要由一系列藥物和載藥載體組成，用于以有針對性和按需的方式將藥物送達(dá)治療部位。生物醫(yī)學(xué)載體材料種類繁多，主要分為天然載體和合成載體。天然載體主要包括可降解的聚合物甲烷、聚乳酸-乙醇酸共聚物、天然凝膠、纖維素等，合成藥物載體主要包括多種形式的復(fù)合材料，如納米顆粒和水凝膠。當(dāng)錳離子被摻入納米顆粒時，形成了新的藥物遞送系統(tǒng)，并將其引入生物載體進(jìn)一步提升了該類載體的性能。

（1）錳離子的引入促進(jìn)了藥物的受控釋放。同時，錳是一種順磁性金屬離子，可以替代現(xiàn)有的Gd3+對比劑，毒性較低且具有增強(qiáng)的核磁成像性能。腫瘤影像學(xué)和化療過程監(jiān)測。

（2）錳離子使藥物遞送系統(tǒng)對pH值和光反應(yīng)高度敏感，增強(qiáng)了光熱/光動力學(xué)治療。

（3）錳離子可以誘導(dǎo)抗菌作用。

隨著醫(yī)學(xué)和材料加工方法的進(jìn)步，生物材料數(shù)量眾多，不同類型的生物材料具有不同的應(yīng)用特性。生物材料主要包括金屬及其合金、高分子高分子、陶瓷和納米材料等，在骨組織工程、牙科、藥物遞送系統(tǒng)、心血管設(shè)備和癌癥治療等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。然而，不同類型的生物材料也存在不同的缺點(diǎn)。近年來，研究發(fā)現(xiàn)，生物材料在引入錳離子后具有更好的機(jī)械性能、抗菌性能和促進(jìn)骨骼的效果，這大大提升了生物材料的性能。它在組織工程、牙科種植體、藥物遞送系統(tǒng)、心血管支架和癌癥納米醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用價值。然而，當(dāng)前該領(lǐng)域的研究主要集中在利用錳元素本身的特性來彌補(bǔ)生物材料的不足。然而，錳元素本身存在局限性，以及金屬材料中引入錳等生物材料引發(fā)的相關(guān)問題。元素比例越高，細(xì)胞毒性越強(qiáng)。同時，錳促進(jìn)骨骼及其在體內(nèi)代謝的機(jī)制尚不明確。如何控制材料中錳的比例，使其在被納入生物材料后保持良好的機(jī)械力學(xué)性能，以及抗菌和成骨特性，使材料的降解速率與骨骼生長速率相兼容，同時減少對骨骼的影響。細(xì)胞或組織的毒性，以便更好地應(yīng)用于各種生物材料，仍需進(jìn)一步研究。