Xương nhân tạo và các chất sinh học thay thế xương ghép được tổng hợp bằng những công nghệ khác nhau, thành phần khác nhau tùy vào mục đích và vị trí ghép. Tuy nhiên ghép vật liệu sinh học điều trị khớp giả xương dài được các tác giả sử dụng chủ yếu là các xương tổng hợp như: Hydroxyapatite (HA) tiêu đi sau 6 tháng, β- tricalcium phosphate (β -TCP) tiêu sau 4-6 tuần [46], xương khử khoáng (DBM- Demineralized Bone Matrix),Calcium Sulphate, Protein tạo hình xương (BMP- Bone Morphogenetic Protein)…Một số sản phẩm đơn thuần là chất dẫn xương, tác dụng của chúng là lấp đầy ổ khuyết xương, tạo khung để các tế bào xương bám vào và nhân lên, một số khác vừa có tác dụng trên vừa có tính cảm ứng xương thu hút các yếu tố thúc đẩy quá trình liền xương diễn ra nhanh hơn. [33], [78], [90].
Quá trình liền xương khi ghép các chất liệu này cũng giống như liền xương khi ghép xương xốp tự thân, tuy nhiên sẽ không có giai đoạn mảnh ghép thành mảnh xương hoại tử vô khuẩn. Đầu tiên là sự phát triển của các
mạch máu tân tạo vào trong khối xương nhân tạo trên nền cấu trúc rỗng, sau đó là sự phát triển mô liên kết và các tế bào xương rồi sự khoáng hóa và thay thế dần xương nhân tạo bằng cấu trúc xương tự thân.
Tại chỗ ghép xương, hình thành khối máu tụ lấp đầy nền nhận và bao bọc quanh các mảnh xương ghép, ngay sau khi đóng vết mổ. Phản ứng viêm bắt đầu xuất hiện với tâm điểm là các mảnh xương ghép. Giai đoạn viêm tấy này cũng giống như phản ứng tại ổ gẫy xương mới, các tế bào viêm tiết ra các Cytokin kích thích các mầm mao mạch tân tạo phát triển vào xương ghép từ nền nhận, như vậy tốc độ phát triển của các mạch tân tạo phụ thuộc một phần vào mức độ cấp máu, sự phong phú của mạch máu nơi nền xương nhận và sau đó là cấu trúc khối ghép tạo điều kiện cho mạch tân tạo cũng như mô xương phát triển [50], [124].
Khoảng tuần thứ hai, giai đoạn tân tạo mạch máu có thể đã hoàn thiện. Mô hạt phát triển một cách vượt trội vào trong xương ghép. Cả tiền tạo cốt bào và tiền hủy cốt bào đều thấy rất sớm ở giai đoạn này [47]. Số lượng tế bào viêm giảm dần và hoạt động của hủy cốt bào tăng lên. Ở tuần thứ tư, hoạt động tiêu hủy xương và hình thành xương mới đạt đến độ cân bằng trong cơ chế “Thay thế dần dần”. Hủy cốt bào tiêu hủy những dải xương ghép và đồng thời tạo cốt bào sinh ra những lưới xương non tựa vào bề mặt các dải xương ghép này. Lưới xương non phát triển mạnh theo các mao mạch tân tạo, khu trú theo kiểu khoanh vùng bao bọc quanh các mẩu nhỏ của mảnh ghép. Mảnh xương ghép tiêu hết và hình thành đầy đủ xương mới vào khoảng tháng thứ sáu. Quá trình hòa nhập của mảnh ghép xương nhân tạo cũng giống như của xương xốp tự thân, thường hoàn thành sau khoảng một năm, cấu trúc xương mới giống như mô xương nhận [1]. Brietbart (1995) [22] ghép hỗn hợp TCP và chất cảm ứng xương (osteogenin) trên xương trán của 14 thỏ trưởng thành, chất cấy ghép được lấy và kiểm tra tại thời điểm 1, 3 và 6 tháng, đánh giá bằng nhuộm
Hematoxylin và Eosin soi trên kính hiển vi điện tử; tại thời điểm 1 tháng các tế bào xương đã mọc vào trong khối ghép, tại thời điểm 3 tháng số lượng tế bào tăng đáng kể, và thời điểm 6 tháng xương mọc 22,3% trong khối ghép. Gao và cộng sự (1997) [56] ghép TCP vào các khuyết đoạn xương chày cừu, theo dõi 16 tuần. Sau ghép 3 tuần các tế bào xương mọc đã nhìn thấy tăng đáng kể khối lượng cũng như mật độ các tế bào xương phát triển. Huifang Zhou ( 2010) [72], cấy ghép hỗn hợp β-TCP và tủy xương tự thân (BMSCs) cho một ổ khuyết hổng 25mm xương chó, sau 12 tuần đánh giá bằng CT và mô bệnh học thấy có sự liền xương và đồng hóa tổ chức cấy ghép.