在人體內(nèi)植入無生命的人工材料，就能誘導(dǎo)生命組織器官再生，調(diào)動人體自身修復(fù)功能。這種看似只能出現(xiàn)在科幻電影里的場景，因?yàn)橛辛私M織誘導(dǎo)性生物材料，并非遙不可及。不久前，在長春舉行的中國科協(xié)年會先進(jìn)材料展上，中國工程院院士、四川大學(xué)教授張興棟展示了一種骨誘導(dǎo)性人工骨生物材料，將它植入人體后，就能調(diào)動人體自身的康復(fù)功能，形成新的組織，既無異物反應(yīng)，又可實(shí)現(xiàn)人體的永久性康復(fù)。

生物陶瓷可誘導(dǎo)骨組織生成，開拓生物材料發(fā)展新途徑

據(jù)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(dǎo)性生物材料的一種。經(jīng)過多年研究，張興棟發(fā)現(xiàn)，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(xiàn)出骨誘導(dǎo)性，即不用外加生長因子或活體細(xì)胞就可以誘導(dǎo)骨組織生成，在治療骨缺損方面有很好的應(yīng)用前景。“植入人體內(nèi)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(zhuǎn)變?yōu)槿斯恰?rdquo;

傳統(tǒng)觀念認(rèn)為，無生命的生物材料不可能誘導(dǎo)組織器官再生或形成，因此治療骨缺損時，醫(yī)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(tuán)隊(duì)上世紀(jì)80年代在國內(nèi)率先研發(fā)出生物活性陶瓷及涂層等。上世紀(jì)90年代，他又首創(chuàng)迄今國際唯一的骨誘導(dǎo)人工骨并應(yīng)用于臨床。在此基礎(chǔ)上，他提出了“組織誘導(dǎo)性生物材料”這一顛覆性概念。這一概念賦予材料誘導(dǎo)組織形成或再生的生物功能，開拓了生物材料發(fā)展的新途徑。

體外培養(yǎng)組織技術(shù)由于缺乏人體神經(jīng)和體液系統(tǒng)的控制，應(yīng)用中可能出現(xiàn)風(fēng)險。可誘導(dǎo)組織再生的材料的優(yōu)勢在于，調(diào)動人體自身力量，在機(jī)體環(huán)境下再生，并降解轉(zhuǎn)化成為身體一部分，不會留下異物，修復(fù)效果更好。

張興棟團(tuán)隊(duì)研發(fā)的骨誘導(dǎo)性人工骨生物材料，是目前全球首個硬組織誘導(dǎo)性生物材料產(chǎn)品，自2013年臨床應(yīng)用至今已逾數(shù)萬例，療效良好。此外，他的人工關(guān)節(jié)的羥基磷灰石涂層技術(shù)成果也具有世界先進(jìn)水平，臨床應(yīng)用近10萬例。目前以骨誘導(dǎo)人工骨為代表的一批產(chǎn)品已獲得醫(yī)療器械注冊證，第二代可承力骨誘導(dǎo)人工骨、膠原水凝膠軟骨誘導(dǎo)材料等多個產(chǎn)品已完成實(shí)驗(yàn)室研發(fā)。

擁有更強(qiáng)拉伸力的可再生人工韌帶，有很大的臨床應(yīng)用價值

除了治療骨缺損，可誘導(dǎo)組織再生的理論還成功應(yīng)用于再生韌帶和中樞神經(jīng)等軟組織上。材料展上，上海松力生物技術(shù)公司展出了由他們研發(fā)、世界上首個有組織誘導(dǎo)功能的生物人工韌帶，部分性能超越了國際上最先進(jìn)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(guān)節(jié)的前交叉韌帶，一旦損傷就需要手術(shù)進(jìn)行修復(fù)。“我們研發(fā)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后，采用靜電紡技術(shù)制備的具有超親水性的、類似細(xì)胞外基質(zhì)的生物復(fù)合支架材料，是一種軟組織誘導(dǎo)性生物材料。”松力生物董事長何紅兵說，該材料植入機(jī)體后，在逐層降解的同時進(jìn)行組織再生，誘導(dǎo)機(jī)體自身組織長入韌帶中，逐漸演變成自身韌帶組織。

據(jù)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(chǎn)品使用壽命有限，時間長了韌帶可能松弛、斷裂。“可再生生物材料制成的人工韌帶，可吸收和再生，靜電紡技術(shù)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(guān)節(jié)需要承受1500千克至2000千克的拉伸力，可吸收的韌帶植入后要逐步降解、吸收、再生，初始的強(qiáng)度通常要達(dá)到承受力的2—3倍，才能保證該材料的正常使用。目前，松力生物制備的人工韌帶已突破了這一技術(shù)瓶頸，達(dá)到4000千克的拉伸力。

目前，上海松力生物技術(shù)公司的人工韌帶已經(jīng)在大動物山羊上實(shí)驗(yàn)并成功。“山羊的抗張強(qiáng)度和人體比較接近，對未來應(yīng)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(fā)符合骨科實(shí)際要求的產(chǎn)品。

“韌帶重建存在的一大問題是缺乏合適的人工韌帶，因此臨床上主要采用自體韌帶。但取自體是拆東墻補(bǔ)西墻，就是抽自己的筋來補(bǔ)自己的韌帶，這樣會造成新的創(chuàng)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(yīng)用價值。”上海交通大學(xué)附屬第六人民醫(yī)院運(yùn)動醫(yī)學(xué)科主任趙金忠說。

作為一種平臺型技術(shù)，該軟組織誘導(dǎo)性生物材料除了可制成韌帶外，還可以制成各種軟組織替代物，以及系列組織修復(fù)材料，包括心臟補(bǔ)片、腹膜補(bǔ)片、膀胱補(bǔ)片、腦膜補(bǔ)片、骨科填充材料、人工血管等。未來，更多患者可能受惠于可誘導(dǎo)組織再生材料的發(fā)展。

可誘導(dǎo)組織再生材料研究方興未艾，是未來生物材料發(fā)展的重要方向

“以可誘導(dǎo)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(fā)展的方向和前沿，將在未來10年至20年成為生物材料產(chǎn)業(yè)主體，應(yīng)通過產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新，搶占制高點(diǎn)。”張興棟說。

       在何紅兵看來，目前我國在再生生物材料領(lǐng)域已走在世界前列。2016年5月，張興棟當(dāng)選國際生物材料科學(xué)與工程學(xué)會聯(lián)合會主席一職，這是該聯(lián)合會成立以來，首次由我國科學(xué)家擔(dān)任。“這表明我們原創(chuàng)性的發(fā)現(xiàn)已獲國內(nèi)外認(rèn)可，中國生物材料科學(xué)與工程不僅成功登上了世界舞臺，而且進(jìn)入了舞臺的中央。”張興棟說。由于未來前景大好，可誘導(dǎo)組織再生的新一代生物材料已被列為國家“十三五”重點(diǎn)專項(xiàng)“生物材料研發(fā)與組織器官修復(fù)替代”的重點(diǎn)和核心。 

生物材料應(yīng)用市場也很廣闊，涵蓋了齒科、血管支架、骨科、創(chuàng)傷修復(fù)等多領(lǐng)域，市場規(guī)模非常大。何紅兵說，傳統(tǒng)組織工程材料不可降解，基本會以異物存在于體內(nèi)，且存在活性欠佳，可能與人體有排斥反應(yīng)，有時甚至在治好一種疾病的同時又產(chǎn)生了新的疾患，“所以，可誘導(dǎo)組織再生材料是未來生物材料發(fā)展的重要方向。”

對于未來，何紅兵有著清醒的認(rèn)識和規(guī)劃：“總體上我國生物醫(yī)學(xué)材料，尤其是高端產(chǎn)品生產(chǎn)能力與國際先進(jìn)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(chǎn)業(yè)體系，擺脫落后局面。”

《 人民日報 》（ 2017年07月04日 12 版）