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新型组织诱导性生物材料:骨折不怕,植入陶瓷

发布时间:2017-12-04 阅读:

  新型组织诱导生物材料:骨折不怕,植入陶瓷棒 - 新闻 - 科学网

  体内植入无生命的人造材料,可以诱导重要组织器官的再生,调动人体自身的修复功能,这似乎只出现在科幻电影的场景中,由于诱导生物材料的组织,并没有出不久前,中国工程院院士,四川大学教授张兴东在长春召开的中国科学技术协会年会先进材料展上,展示了骨诱导人造骨生物材料被植入人体后可以调动康复功能,形成新的组织,既不会异物反应,也能实现人体的永久性康复。

  生物陶瓷可以诱导骨形成,为生物材料的发展开辟了新的途径

  据介绍,这种人造骨生物材料是多孔磷酸钙生物陶瓷,组织诱导生物材料。经过多年的研究,张兴东发现,多孔磷酸钙生物陶瓷不仅具有良好的生物相容性,而且在一定条件下也具有骨诱导性,即在不添加生长因子或活细胞的情况下,可诱导骨形成,治疗骨缺损有很好的应用前景。在人体内植入一段时间后,陶瓷内部会形成新的骨骼,陶瓷本身会逐渐消失,最终骨骼会转化为人体骨骼。

  传统的观点认为无生物的生物材料不能诱导组织再生或形成,所以在治疗骨缺损时,医生通常要向种植体金属,聚合物等材料,这些材料的腐蚀,对患者的排斥特性来很多疼痛。

  张兴东和他的团队在20世纪80年代率先开发了国内生物活性陶瓷和涂料。上个世纪90年代,他首创了世界上唯一一种骨诱导性人造骨,并将其应用于临床,在此基础上提出了组织诱导型生物材料的破坏性概念,为材料提供诱导组织形成的生物学功能或再生,并开辟生物材料发展的新途径。

  体外培养组织技术由于缺乏对人体神经和体液系统的控制,应用可能有风险。能够诱导组织再生的材料的优点是动员身体自身的力量,在身体的环境中再生,并转化为身体部位,不留异物,更好的修复。

  张兴东等人开发的骨诱导人造骨生物材料,是目前世界上第一个硬组织诱导的生物材料产品,自2013年起已有数万例以上的临床应用,效果良好。另外,他的人造关节羟基磷灰石涂层技术成果也具有世界先进水平,临床应用近10万例。目前以骨诱导人造骨为代表的一系列产品已获得医疗器械注册证书,第二代支持骨诱导人造骨,胶原水凝胶软骨诱导材料等产品已完成实验室研发。

  具有更强韧的可再生人造韧带,具有很大的临床价值

  除了治疗骨缺损之外,诱导型组织再生的理论也被成功应用于软组织如再生韧带和中枢神经系统。上海松力生物科技有限公司在材料展上展出了世界上第一个由他们开发的组织诱导生物人造韧带,其中一些超过了世界上最先进的人造韧带。

  跑步等日常活动容易造成韧带损伤,特别是膝关节前十字韧带损伤时需要手术修复。我们研究开发的人造韧带是以松果体纤维蛋白原和可吸收材料为原料混合后,通过静电纺丝法制备的超亲水性,细胞外基质样生物复合支架材料,是一种软组织诱导性的生物材料。松立生物董事长何红兵表示,材料植入体内后,组织逐层再生,逐层降解,诱导人体自身组织进入韧带,逐渐演变成自身的韧带组织。

  据介绍,对法国的LARS韧带合成材料人造韧带,其成分是聚酯材料,不能被吸收,不能再生。同时产品寿命有限,很长一段时间韧带可能会松弛,破裂。由可再生生物材料制成的人造韧带可被吸收和再生。静电纺丝技术相对简单,可以降低成本,同时具有较好的疗效和安全性。

  何红兵介绍说,通常人体膝盖需要承受1500公斤到2000公斤的拉伸强度,吸收性韧带植入后逐渐退化,吸收再生,初始强度通常达到23倍的承载能力,以保证正常使用材料。目前,松力生物制造的人造韧带已经突破了技术瓶颈,达到了4000kg的拉力。

  目前,上海松力生物技术公司的人造韧带已经在大型动物山羊上进行了实验测试并取得了成功。山羊的抗拉强度与人体较为接近,对人体的未来应用具有重要的参考价值何红兵表示,公司将与骨科专家合作开发符合骨科实际要求的产品。

  韧带重建是一个主要的问题是缺乏合适的人造韧带,所以主要临床使用自体韧带。然而,身体是从墙壁上取下来弥补西墙抽筋自己的韧带,这将造成新的创伤,但也削弱了自己的组织,所以再生人造韧带在临床上很有价值。上海交通大学附属第六人民医院运动医学赵金忠主任说。

  软组织诱导生物材料作为一种基于平台的技术,不仅可以制作韧带,而且可以制成各种软组织替代物,还可以制成一系列组织修复材料,包括心脏贴片,腹膜贴片,膀胱贴片,贴片,骨科填充材料,人造血管等。未来,更多的患者可能受益于诱导型组织再生材料的发展。

  诱导性组织再生材料方兴未艾,是未来生物材料发展的重要方向

  新一代生物材料具有可诱导组织再生的核心材料,已成为生物材料发展的方向和前沿。未来十到二十年,它将成为生物材料的主体,应该与工业界,学术界和研究机构合作抢占制高点。张兴东说。

  何红兵看来,目前我国在可再生生物材料领域已处于世界前列。 2016年5月,张兴东当选国际生物材料科学与工程学会联合会主席,这是联盟成立以来首次作为我们的科学家。这说明我们最初的发现已经得到国内外的认可。中国生物材料科学与工程不仅成功登上了世界舞台,而且进入了中心舞台。张兴东说,由于前景光明,新一代可诱导组织再生的生物材料被列为重点是国家“十三五”特种生物材料研究开发和组织器官置换的核心。

  生物材料的市场也非常广阔,涵盖了牙科,血管支架,骨科,伤口修复等领域,市场规模非常大。何红兵说,传统的组织工程材料不能降解,基本上存在于异物体内,活动不良的存在可能会对人体产生排斥反应,有时甚至治愈疾病,也造成了新的疾病,因此诱导性组织再生材料是未来生物材料发展的重要方向。

  何红兵对未来有清醒的认识和规划。总的来说,中国的生物医用材料,特别是高端产品的生产能力和国际先进水平仍然没有很大差距,希望能够跨越式地建设新一代生物材料产业体系。摆脱落后的局面。

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