骨折不可怕！植入生物陶瓷可誘導骨組織生成

在人體內植入無生命的人工材料，就能誘導生命組織器官再生，調動人體自身修復功能。這種看似只能出現在科幻電影里的場景，因為有了組織誘導性生物材料，並非遙不可及。不久前，在長春舉行的中國科協年會先進材料展上，中國工程院院士、四川大學教授張興棟展示了一種骨誘導性人工骨生物材料，將它植入人體後，就能調動人體自身的康復功能，形成新的組織，既無異物反應，又可實現人體的永久性康復。

張興棟院士（右）指導生產環節。

生物陶瓷可誘導骨組織生成，開拓生物材料發展新途徑

據介紹，這種人工骨生物材料就是多孔磷酸鈣生物陶瓷，是組織誘導性生物材料的一種。經過多年研究，張興棟發現，多孔磷酸鈣生物陶瓷不僅具有良好的生物相容性，在一定條件下還表現出骨誘導性，即不用外加生長因子或活體細胞就可以誘導骨組織生成，在治療骨缺損方面有很好的應用前景。「植入人體內過一段時間，陶瓷中會形成新骨頭，陶瓷本身會慢慢消失，最終轉變為人骨。」

傳統觀念認為，無生命的生物材料不可能誘導組織器官再生或形成，因此治療骨缺損時，醫生通常向斷骨處植入金屬、高分子等材料，這些材料的腐蝕、排異特性給患者帶來很大的痛苦。

張興棟和他的團隊上世紀80年代在國內率先研發出生物活性陶瓷及塗層等。上世紀90年代，他又首創迄今國際唯一的骨誘導人工骨並應用於臨床。在此基礎上，他提出了「組織誘導性生物材料」這一顛覆性概念。這一概念賦予材料誘導組織形成或再生的生物功能，開拓了生物材料發展的新途徑。

體外培養組織技術由於缺乏人體神經和體液系統的控制，應用中可能出現風險。可誘導組織再生的材料的優勢在於，調動人體自身力量，在機體環境下再生，並降解轉化成為身體一部分，不會留下異物，修復效果更好。

張興棟團隊研發的骨誘導性人工骨生物材料，是目前全球首個硬組織誘導性生物材料產品，自2013年臨床應用至今已逾數萬例，療效良好。此外，他的人工關節的羥基磷灰石塗層技術成果也具有世界先進水平，臨床應用近10萬例。目前以骨誘導人工骨為代表的一批產品已獲得醫療器械註冊證，第二代可承力骨誘導人工骨、膠原水凝膠軟骨誘導材料等多個產品已完成實驗室研發。

擁有更強拉伸力的可再生人工韌帶，有很大的臨床應用價值

除了治療骨缺損，可誘導組織再生的理論還成功應用於再生韌帶和中樞神經等軟組織上。材料展上，上海松力生物技術公司展出了由他們研發、世界上首個有組織誘導功能的生物人工韌帶，部分性能超越了國際上最先進的人工韌帶。

跑步等日常活動都有可能造成韌帶損傷，尤其是膝關節的前交叉韌帶，一旦損傷就需要手術進行修復。「我們研發的人工韌帶是用松力纖維蛋白原和可吸收材料為原料共混後，採用靜電紡技術製備的具有超親水性的、類似細胞外基質的生物複合支架材料，是一種軟組織誘導性生物材料。」松力生物董事長何紅兵說，該材料植入機體後，在逐層降解的同時進行組織再生，誘導機體自身組織長入韌帶中，逐漸演變成自身韌帶組織。

據介紹，以法國LARS韌帶為代表的合成材料人工韌帶，成分是聚酯材料，不可吸收、也不能再生。同時產品使用壽命有限，時間長了韌帶可能鬆弛、斷裂。「可再生生物材料製成的人工韌帶，可吸收和再生，靜電紡技術工藝比較簡單，在療效及安全性更好的同時，還能降低成本。」

何紅兵說，通常，人體膝關節需要承受1500千克至2000千克的拉伸力，可吸收的韌帶植入後要逐步降解、吸收、再生，初始的強度通常要達到承受力的2—3倍，才能保證該材料的正常使用。目前，松力生物製備的人工韌帶已突破了這一技術瓶頸，達到4000千克的拉伸力。

目前，上海松力生物技術公司的人工韌帶已經在大動物山羊上實驗並成功。「山羊的抗張強度和人體比較接近，對未來應用到人體很有參考價值。」何紅兵說，公司接下來會跟骨科專家合作，研發符合骨科實際要求的產品。

「韌帶重建存在的一大問題是缺乏合適的人工韌帶，因此臨床上主要採用自體韌帶。但取自體是拆東牆補西牆，就是抽自己的筋來補自己的韌帶，這樣會造成新的創傷，還會削弱自身組織，因此可再生的人工韌帶在臨床有很大的應用價值。」上海交通大學附屬第六人民醫院運動醫學科主任趙金忠說。

作為一種平台型技術，該軟組織誘導性生物材料除了可製成韌帶外，還可以製成各種軟組織替代物，以及系列組織修復材料，包括心臟補片、腹膜補片、膀胱補片、腦膜補片、骨科填充材料、人工血管等。未來，更多患者可能受惠於可誘導組織再生材料的發展。

可誘導組織再生材料研究方興未艾，是未來生物材料發展的重要方向

「以可誘導組織再生材料為核心的新一代生物材料，已成為生物材料發展的方向和前沿，將在未來10年至20年成為生物材料產業主體，應通過產學研協同創新，搶佔制高點。」張興棟說。

在何紅兵看來，目前我國在再生生物材料領域已走在世界前列。2016年5月，張興棟當選國際生物材料科學與工程學會聯合會主席一職，這是該聯合會成立以來，首次由我國科學家擔任。「這表明我們原創性的發現已獲國內外認可，中國生物材料科學與工程不僅成功登上了世界舞台，而且進入了舞台的中央。」張興棟說。由於未來前景大好，可誘導組織再生的新一代生物材料已被列為國家「十三五」重點專項「生物材料研發與組織器官修復替代」的重點和核心。

生物材料應用市場也很廣闊，涵蓋了齒科、血管支架、骨科、創傷修復等多領域，市場規模非常大。何紅兵說，傳統組織工程材料不可降解，基本會以異物存在於體內，且存在活性欠佳，可能與人體有排斥反應，有時甚至在治好一種疾病的同時又產生了新的疾患，「所以，可誘導組織再生材料是未來生物材料發展的重要方向。」

對於未來，何紅兵有著清醒的認識和規劃：「總體上我國生物醫學材料，尤其是高端產品生產能力與國際先進水平還存在不小差距，希望我們能跨越式地建成新一代生物材料產業體系，擺脫落後局面。」

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