破譯人骨組裝“暗碼”“斷骨再生”幻想成真

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　　骨作為人體最大的組織器官，承當著生命運動的重要職責，卻最輕易引發(fā)缺損，每年稀有百萬的骨組織缺損患者需要接收手術(shù)治療。在我國這樣一小我口大國，據(jù)估量，每一年因交通事變和生產(chǎn)平安事故而至創(chuàng)傷骨折、脊柱退行性疾病及骨腫瘤、骨結(jié)核等骨科疾病，形成骨缺損或功能障礙患者跨越 300萬人。骨移植已成為僅次于輸血的需要量最大的移動物。如何才干破解人骨“密碼”，怎么找到更多更好的骨組織再生修復材料，為人類修補生命再創(chuàng)安康，已成為全球浩繁科學家共同的追乞降不知疲倦研究的能源。

　　歷經(jīng)十多年的探索與追隨，由清華材料系崔福齋傳授率領(lǐng)的研究團隊終于在人骨修復材料領(lǐng)域獲得了沖破性的結(jié)果，不但破譯了人骨的組裝 “暗碼”，并且其研究成果在臨床應(yīng)用中取得了杰出的治療后果，讓人類“斷骨再生”妄想成真！

無納米仿生骨結(jié)構(gòu)材料在植入12周后骨缺損無顯明轉(zhuǎn)變

　　納米仿生骨材料在植入12周后既有大量骨痂造成，骨皮質(zhì)根本持續(xù)，重生骨組織隨時光推移逐步塑性植入12周后骨缺損無顯著改變

　　團隊主要研究了膠原份子的自組裝與調(diào)控鈣磷鹽晶體生長的機理，并研究了人類骨痂的分級結(jié)構(gòu)。在此基本上，依據(jù)仿生的思緒，在體外模擬生物礦化和自組裝過程，發(fā)了然納米晶磷酸鈣膠原基骨修復材料。材料的孔隙率約為80%，縫隙巨細主要散布在 100～400微米。X射線衍射、原子力顯微鏡和高辨別率透射電鏡研究成果表白，材估中羥基磷灰石晶粒尺寸約為 30納米，生長在膠原纖維空隙，而且羥基磷灰石晶體的 c軸擇優(yōu)取向與膠原纖維軸向平行，這些特點與天然人骨的成分和納米結(jié)構(gòu)相同。納米晶磷酸鈣膠原基骨修復材料是國內(nèi)外初次在體外人工分解出的具有與天然人骨成分和納米結(jié)構(gòu)相同的人工基骨修復材料，擁有我國自立常識產(chǎn)權(quán)，是生物材料領(lǐng)域的原始翻新，開辟了一條用自組裝制備生物材料的新道路。2008年12月，“納米晶磷酸鈣膠原基骨修復材料”獲2008年度國家技術(shù)創(chuàng)造獎二等獎。

　　破譯人骨生長“密碼”

　　1996年，崔福齋在與中國國民束縛軍總病院骨科主任王繼芳教學的交換中得悉，當初海內(nèi)外的骨缺損醫(yī)治存在一系列成績，此中最主要的就是骨移植資料品質(zhì)低，在臨床利用中存在良多阻礙。崔福齋立即意想到該范疇研討的重要性跟急切性，信心停止深刻摸索，盼望能在骨構(gòu)造領(lǐng)域開拓出新六合，為患者帶來新的曙光。

　　在那時，骨缺損的治療大抵可分為自體骨、異體骨、異種骨和人工骨移植，以及最近幾年來倍受存眷的組織工程骨移植。其中，自體骨移植是臨床上使用最多、效果最好的方法，遺憾的是，它是一種以就義安康部位骨組織為價格的“以傷治傷”的手段，會對患者的供骨區(qū)形成新的缺損，且來源也非常無限。采取同種異體骨或異種異體骨移植，盡管克服了自體骨移植的弊病，但在臨床上尚不克不及完全克服移植后的免疫反映，給患者帶來了一定的苦楚。

　　有鑒于此，崔福齋發(fā)生了如許的主意：既然自體骨的修復效果是最好的，那末，我們是否經(jīng)過體外人工合成的辦法制備出幻想的人工骨修復材料？在李恒德院士“做材料研究要向做作界學習”的理念影響下,清華大學校園服務(wù)，崔福齋提出了人工骨合成仿生思緒，即模擬人骨的構(gòu)成過程，制備成分、結(jié)構(gòu)和功效與人骨相似的仿生骨再生修復材料，使骨修復效果靠近人體骨的修復效果。

　　要做出一種新材料，就必需懂得該材料在分子水平的組裝規(guī)矩。但團隊成員在查閱了大量相干文獻后發(fā)現(xiàn)，因為醫(yī)學、生物學與材料迷信的研究方式和重點分歧，國內(nèi)外基礎(chǔ)尚不明白“骨在分子水平上究竟是若何組裝的”。由此，他們只能從最基礎(chǔ)的骨成分、結(jié)構(gòu)和生長機理等方面停止探索。

　　崔福齋帶領(lǐng)三位博士生開端了艱難的探索路程。他們在中日友愛醫(yī)院骨科大夫的輔助下，拿到了病人骨折創(chuàng)傷后形成的骨痂樣本。借助校內(nèi)已有的國際上最進步的電子顯微鏡、原子力顯微鏡等手腕，經(jīng)過兩年多的體系研究，終于弄清了天然骨的成分和龐雜而有序的分級結(jié)構(gòu)，揭開了它的奧秘面紗，破譯了人骨組裝結(jié)構(gòu)的“密碼”，了解到人骨的基本單位是包含納米標準上的結(jié)構(gòu)有序的磷酸鈣礦化的膠原蛋白。三位博 士 生 在 JournalofStructuralBiology（《結(jié)構(gòu)生物學雜志》）等國際期刊上頒發(fā)了多篇重要論文。

　　體外人工合成“天然骨”

　　科研的過程，就是剛攀過一座高峰，立刻又向下一座頂峰進發(fā)。

　　明確了人骨的分級結(jié)構(gòu)，但如何制備又成為一個困難，由于傳統(tǒng)的材料工藝不成能制備出這種材料：一方面，鈣磷鹽生物陶瓷材料制備需要低溫；另外一方面，膠原卵白在70℃以上卻又會分化掉活。該合成波及在分子水平上對礦物晶體形核與長大的精致調(diào)理，和無機與無機組元的微組裝，困難重重。

　　雖然仿生的思緒很明白，然而要在體外模仿生物礦化和自組裝，其詳細的PH值、濃度、溫度等的設(shè)定卻完整是未知的奧秘。探索這一神秘的過程是艱苦的，但它同時也給團隊成員們帶來了無限興趣。“我們做了不計其數(shù)次實驗，才真正破譯了它的機理和參數(shù)，在國表里初次體外人工分解存在與人骨成份和納米有序構(gòu)造雷同的骨材料！多項專利在中國、美國獲得受權(quán)�！贝薷｝S驕傲地說。

　　奇異的是，這種骨修復材料不只與天然人骨高度相似，而且可以做成多種外形。其力學機能與人松質(zhì)骨親近，具有精良的可塑性，醫(yī)生可根據(jù)手術(shù)中的請求將其修成各類形狀，讓人工骨與天然骨銜接得“渾然一體”。

　　2002年，團隊實現(xiàn)了在兔子和狗身長進行的長骨、顱骨、頜骨、脊椎骨的大量修復實驗。實驗證實，該材料作為修復材料具備保險有用性。同年冬季，令一切團隊成員沖動的是，經(jīng)由不斷盡力和改良，這種骨修復材料終于經(jīng)國家藥品監(jiān)視治理局同意，容許進入臨床實驗，他們看到了“斷骨再生”幻想的曙光！

　　2004年春夏之交，經(jīng)過 1年 4個月、近300例的人體臨床實驗，納米人工骨取得國家食物藥品監(jiān)督管理局的三類植入產(chǎn)品生產(chǎn)注冊證，成為我國首個能夠在市場上公然發(fā)賣和應(yīng)用的納米醫(yī)藥產(chǎn)品。國際有名期刊NatureMaterials（《天然：材料分刊》）在專文批評中對該成果賜與了高度評估。

　　產(chǎn)業(yè)化遠景遼闊

　　從試驗室到市場，從研發(fā)到工業(yè)化，這又是一個充斥挑釁的過程。只管作為國度“863打算”項目之一，有必定的資金支撐，但要把專利運用到產(chǎn)物開辟中，這一轉(zhuǎn)化進程還須要投入大批的人力物力資本。崔福齋坦言：“在研發(fā)最難題的階段，我從本人的積儲中拿出十多萬元投入名目運轉(zhuǎn)，終究度過難關(guān)�！�

　　工夫不負有心人。因為納米晶磷酸鈣膠原基骨修復材料在科技含量上具有上風，價錢又低于外洋骨修復產(chǎn)品，堪稱“物美價廉”,因而具有較強的市場競爭力。今朝，納米晶磷酸鈣膠原基骨修復材料已在中關(guān)村生物醫(yī)藥園建陳規(guī)�；�的出產(chǎn)線，領(lǐng)有300平方米的超凈車間和大型微機數(shù)字把持凍干機，生產(chǎn)才能到達年產(chǎn)量50公斤。迄今，納米晶磷酸鈣膠原基骨修復材料已在國內(nèi)五十多少家醫(yī)院成功臨床應(yīng)用逾兩萬例，應(yīng)用過該材料的骨科醫(yī)生反應(yīng)其效果十分瀕臨自體骨。

　　據(jù)介紹，納米晶磷酸鈣膠原基骨修復材料重要應(yīng)用在七慷慨面：四肢各類閉合性骨折骨缺損修復或難愈合部位骨折或開放性骨折骨缺損的二期修復；骨折耽誤愈合、不愈合或畸形愈合；脊柱椎體間、橫突間或椎板間植骨融會；各類辭退矯形植骨融合；良性骨腫瘤或瘤樣病變切除后骨缺損修復；人工樞紐置換或翻修術(shù)中骨缺損的修復；整形內(nèi)科和口腔科需要植骨添補的骨性缺損。如斯廣泛的應(yīng)用范疇，可發(fā)明宏大的經(jīng)濟和社會效益，推進我國骨性缺損醫(yī)療技巧程度的提高。

　　共同追夢，夢就不遠

　　13載春夏秋冬，5000多越日出日落，幾十位敢于追夢勇于貢獻的科研任務(wù)者，在通往夢想的途徑上走過一個又一個“驛站”。盡管在這個團隊中，既豐年近花甲的老教授，也有剛步入科學殿堂的年輕人，但他們都是科研道路上布滿生氣的“青年”。有一個共同的夢想，就一同斗爭一同努力，用聰明與汗水灌溉性命的花朵。

　　崔福齋先容說 ：“我們的團隊起源普遍、人才輩出，個中有在我國材料領(lǐng)域最早提倡 ‘向天然界進修’的李恒德院士，有骨科威望大夫王繼芳，另有年青的北年夜骨科博士、清華材料系博士后俞興。值得一提的是，現(xiàn)為北京東直門醫(yī)院骨科副主任的俞興親手做了咱們骨材料植入人體的第一例臨床手術(shù)，并獲勝利。大師揚長避短，一路任務(wù)。波折老是臨時的，一直戰(zhàn)勝艱苦才是我們的獨特信心。”

　　聲譽眼前，團隊成員并不止步不前：固然這類修復材料與自然骨有很大的類似度，但他們的最新研究發(fā)明，人體骨中還有一些活體細胞和活體因子對骨組織成長起側(cè)重要的調(diào)理感化。他們愿望經(jīng)由過程更深入的研究進前進一步仿生，用到骨材猜中去，這恰是以后骨組織工程的前沿課題。