新型组织诱导性生物材料：骨折不怕，植入陶瓷吧

本报记者于思迪《人民日报》(第12版，2017年7月4日)

将无生命的人工材料植入人体可以诱导活体组织和器官的再生，调动人体自身的修复功能。这似乎只出现在科幻电影中，因为有了诱导组织的生物材料，它并不是遥不可及的。不久前，中国工程院院士、四川大学教授张兴东在长春举行的中国科协年会高级材料展上展示了一种骨诱导人工骨生物材料。植入人体后，可以调动人体自身的康复功能，形成新的组织。无异物反应，可实现人体的永久康复。

生物陶瓷可以诱导骨组织形成，并为生物材料开发开辟新的途径。

据介绍，该人工骨生物材料为多孔磷酸钙生物陶瓷，是一种组织诱导型生物材料。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，而且在一定条件下表现出骨诱导性，即无需额外的生长因子或活细胞即可诱导骨组织，在骨缺损的治疗中具有良好的应用前景。“植入人体一段时间后，新的骨骼会在陶瓷中形成。陶瓷本身会慢慢消失，最终变成人骨。”

传统观念认为无生命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，医生通常会将金属、聚合物和其他材料植入骨折的骨头中。这些材料的腐蚀和排斥特性给患者带来巨大痛苦。

张兴东和他的团队是20世纪80年代中国第一个开发生物活性陶瓷和涂料的人。20世纪90年代，他创造了世界上唯一的骨诱导骨，并将其应用于临床。在此基础上，他提出了“组织诱导生物材料”的颠覆性概念。这一概念赋予材料诱导组织形成或再生的生物学功能，并为生物材料的发展开辟了新的途径。

由于缺乏对人体神经和体液系统的控制，体外组织培养技术的应用可能会出现风险。能诱导组织再生的材料的优点在于调动人体自身的力量，在人体环境中再生，降解转化为人体的一部分，不留异物，具有更好的修复效果。

张兴东团队开发的骨诱导人工骨生物材料是目前世界上第一个硬组织诱导生物材料产品。自2013年临床应用以来，已应用于数万例患者，疗效良好。此外，其人工关节的羟基磷灰石涂层技术已达到世界先进水平，临床应用近10万次。目前，以骨诱导骨为代表的一批产品已获得医疗器械注册证书，实验室已开发出第二代承载骨诱导骨和胶原水凝胶软骨诱导材料等多种产品。

具有较强张力的再生人工韧带具有很大的临床应用价值。

除了治疗骨缺损，诱导组织再生的理论已经成功地应用于软组织，例如再生的韧带和中枢神经。在材料展上，上海宋丽生物技术公司展示了他们研制的世界上第一条具有有组织诱导功能的生物人工韧带，其中一些超过了世界上最先进的人工韧带。

日常活动如跑步可能会导致韧带损伤，尤其是膝关节的前交叉韧带。一旦损伤修复，就需要手术。我们开发的人工韧带是一种超亲水的细胞外基质样生物复合支架材料，是以松质纤维蛋白原和可吸收材料为原料，通过静电纺丝制备的一种诱导软组织的生物材料宋丽生物公司董事长何·洪兵说，这种材料植入人体后，会一层一层降解，同时再生组织，诱导人体自身组织生长成韧带，并逐渐演化成韧带组织。

据报道，以法国的LARS韧带为代表的人造韧带是由聚酯制成的，不能被吸收或再生。同时，产品的使用寿命有限，长时间使用后韧带会松弛断裂。“由可再生生物材料制成的人工韧带可以被吸收和再生。静电纺丝技术相对简单，可以降低成本，同时达到更好的疗效和安全性。”

何洪兵说，正常情况下，人体膝关节需要承受1500公斤至2000公斤的拉力，可吸收韧带需要在植入后逐渐降解、吸收和再生。初始强度通常需要达到承载力的2-3倍，以确保材料的正常使用。目前，松力生物制备的人工韧带已经突破了这一技术瓶颈，达到了4000公斤的拉力。

目前，上海宋丽生物技术公司的人工韧带已在山羊上成功试验。山羊的抗拉强度接近人体的抗拉强度，对今后应用于人体具有重要的参考价值何洪兵表示，公司将与骨科专家合作，开发符合骨科实际需求的产品。

韧带重建的一个主要问题是缺乏合适的人工韧带，因此自体韧带主要用于临床。然而，身体是从东墙取出来修复西墙的，也就是说，抽出自己的肌腱来修复自己的韧带，这将造成新的损伤并削弱自己的组织。因此，可再生人工韧带具有很大的临床应用价值上海交通大学附属第六人民医院运动医学部主任赵金钟说。

作为一种平台技术，该软组织诱导生物材料可制成除韧带外的各种软组织替代物，以及一系列组织修复材料，包括心脏补片、腹膜补片、膀胱补片、脑膜补片、矫形填充材料、人造血管等。将来，更多的患者可能受益于诱导型组织再生材料的开发。

诱导型组织再生材料的研究方兴未艾，是未来生物材料发展的重要方向。

“以可诱导组织再生材料为核心的新一代生物材料已经成为生物材料发展的方向和前沿。未来10-20年，它将成为生物材料产业的主体。要通过产学研合作创新，抢占制高点张兴东说道。

在何看来，中国目前在可再生生物材料领域处于世界前列。2016年5月，张兴东当选为国际生物材料科学与工程学会联合会主席。这是自联合会成立以来，中国科学家首次担任这一职务。“这表明我们最初的发现已经得到了国内外的认可。中国的生物材料科学与工程不仅成功地进入了世界舞台，而且也进入了舞台的中心张兴东说道。由于前景看好，新一代可诱导组织再生的生物材料已被列为国家“十三五”重点项目“生物材料研发与组织器官修复替代”的重点和核心。

生物材料的应用市场也非常广阔，涵盖了牙科、血管支架、骨科、创伤修复等多个领域，市场规模非常大。何洪兵说，传统的组织工程材料是不可降解的，基本上以异物的形式存在于体内，而且活性差，可能会引起人体的排斥反应。有时，在治愈疾病的同时会出现新的疾病。"因此，诱导型组织再生材料是未来生物材料发展的重要方向."

对于未来，他对洪兵有一个清晰的认识和规划:“总的来说，中国生物医用材料的生产能力，尤其是高端产品，与国际先进水平还有很大差距。我希望我们能够跨越式地建设新一代生物材料产业体系，摆脱落后局面。”

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