對當前醫(yī)用生物材料研究的一點看法

侯春林

.專論 Special article.

對當前醫(yī)用生物材料研究的一點看法

侯春林

組織工程；生物相容性材料；轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)

現(xiàn)代醫(yī)學(xué)科學(xué)的發(fā)展，往往離不開材料科學(xué)，尤其是醫(yī)用生物材料的發(fā)展［1-2］。生物材料植入體內(nèi)后發(fā)揮組織修復(fù)、功能重建作用，依賴于生物材料良好的組織相容性和生物活性。生物醫(yī)用材料，它是指對生物體進行診斷、治療和置換損傷組織、器官或增進其功能的材料。生物材料的發(fā)展經(jīng)歷了 3 個階段，即：20 世紀60、70 年代的第一代生物材料大多數(shù)為微生物惰性材料；20 世紀 80 年代開發(fā)了生物降解高分子材料；第三代組織工程用生物材料綜合了工程科學(xué)與生命科學(xué)原理，構(gòu)筑取代物以修復(fù)組織缺損，恢復(fù)其部分功能［3-5］。

目前，生物材料研究熱點主要包括：組織工程材料，研究具有全面生理功能的人工器官、組織支架等；復(fù)合生物材料，研究較多的是合金、高分子材料、無機材料等；納米生物材料，主要是藥物載體和藥物緩釋載體等［6-8］；生物集成電路，包括生物功能修復(fù)集成電路，生物電傳感材料等。生物材料植入生物體內(nèi)時，其表面會誘發(fā)一系列宿主反應(yīng)，如何使組織重建，這有賴于生物材料的組織相容性和生物活性。未來生物材料研究方向包括生物材料與細胞的相互作用、仿生表面工程、生長因子及其表達基因的控制釋放、生物材料智能化及納米技術(shù)與方法在生物材料中的應(yīng)用等科學(xué)問題，涉及基因工程 （制備蛋白質(zhì)基生物材料）、基因治療（非病毒載體）、細胞治療 （工程化細胞包囊與免疫隔離）、生物芯片、蛋白質(zhì)芯片與細胞芯片的生物傳感系統(tǒng)構(gòu)筑及生物化工產(chǎn)品的分離與純化技術(shù)［9-10］。

本期發(fā)表的 5 篇生物材料文章均是從臨床需求出發(fā)，環(huán)繞可降解醫(yī)用生物材料的研究論文。脫鈣骨基質(zhì)作為骨修復(fù)材料，已廣泛用于臨床，“骨粉和脫鈣液比例與脫鈣時間對脫鈣骨基質(zhì)誘導(dǎo)成骨影響的研究”，通過改進制備工藝，采用動態(tài)脫鈣處理，通過少量多次換藥操作的方法，調(diào)整脫鈣時間以及骨粉和脫鈣液的比例來縮短脫鈣時間，制備出具有一定顯影能力，鈣含量穩(wěn)定的 DBM （脫鈣骨基質(zhì)），加速 DBN 產(chǎn)生的進程，減少了對環(huán)境的污染，降低了生產(chǎn)成本。“聚維酮碘作為脫鈣骨基質(zhì)保存劑的實驗研究”則是針對目前DBM 常規(guī)滅菌方法會不同程度影響 DBM 中的活性成分，而探索新的滅菌保存方法，利用目前臨床使用的皮膚消毒劑聚維酮碘 （PVP-I），對 DBM 進行滅菌保存，研究結(jié)果證實 DBM 浸泡在 PVP-I 中 3 個月不僅可有效滅菌，而且不會影響其骨活性，使該材料有望成為一種新的用于 DBM 長期保存劑。而對于骨缺損修復(fù)新材料的探索，“antimiR-138 修飾骨髓基質(zhì)干細胞膜片的可行性及其促進同種凍干骨粉成骨的研究”一文采用細胞膜片技術(shù)，通過非病毒轉(zhuǎn)染試劑 Lipofectamine 2000 對骨髓基質(zhì)干細胞 （BMSC）膜片進行轉(zhuǎn)染，成功構(gòu)建出具有較高轉(zhuǎn)染力、良好生物相容性、結(jié)構(gòu)完整的 antimiR-138 修飾的 BMSC 膜片，該膜片可顯著促進異位骨組織的形成，為骨缺損的修復(fù)和再生提供新的思路和方法?！叭嘈Q絲組織工程韌帶構(gòu)建及其生物相容性的研究”構(gòu)建的三相蠶絲組織工程韌帶具有良好的生物相容相，有利于 BMSCs 的黏附增殖，為下一步的體內(nèi)實驗奠定了基礎(chǔ)；為重建韌帶骨結(jié)合部提供了新的思路。“巰基化透明質(zhì)酸對退變性骨關(guān)節(jié)炎的潛在治療研究”一文探索制備一種既具有清除自由基和抗氧化生物活性，又保留天然透明質(zhì)酸鈉作為關(guān)節(jié)補充療法所具有的良好的生物相容性、黏彈性，能夠起到良好的潤滑、減震以及營養(yǎng)軟骨細胞的作用，對于退變性骨關(guān)節(jié)炎的預(yù)防和治療具有良好的應(yīng)用前景。

當前，我國醫(yī)用生物材料的發(fā)展面臨兩大問題：一是創(chuàng)新不足，缺乏自主品牌；二是科研成果轉(zhuǎn)化不暢，生物材料研發(fā)與臨床應(yīng)用脫節(jié)。我國生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展的臨床需求十分巨大，骨折內(nèi)固定材料年需求量超過 300 萬，而目前國內(nèi)內(nèi)固定材料絕大部分都依賴進口，即使由國內(nèi)生產(chǎn)也大多是仿制，缺乏原創(chuàng)性內(nèi)固定器材。那么如何開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的內(nèi)固定器材？目前，可吸收螺釘雖已應(yīng)用于臨床，但由于機械強度不足，僅用于非負重骨折的固定，降解的酸性產(chǎn)物對組織也有影響，如何開發(fā)生物力學(xué)強度及組織相容性更好的可吸收內(nèi)固定，用于承重骨的內(nèi)固定治療？又如人工骨在體內(nèi)生物降解速度與新骨的生長速度不匹配，目前主要用于非承重的骨修復(fù)，缺乏用于大段骨缺損的人工骨材料，如何從納米水平研究更接近天然骨結(jié)構(gòu)與功能的仿生骨修復(fù)材料是今后人工骨發(fā)展的趨勢。我國每年有大量患者需要做人工關(guān)節(jié)置換，而人工關(guān)節(jié)植入后的骨溶解和假體下沉尚未完全解決，如何通過對假體界面的研究，開發(fā)新型人工關(guān)節(jié)材料和涂層，延遲人工關(guān)節(jié)使用壽命？對于骨腫瘤患者切除后的骨與關(guān)節(jié)缺損，3 D 打印是目前進行個體化精準設(shè)計及制造的新技術(shù)，如何才能使該技術(shù)在國內(nèi)更多醫(yī)院得到推廣，并加快設(shè)計及制造流程，更方便于患者？據(jù)不完全統(tǒng)計，目前我國糖尿患者已達 9200 萬，其中 2% 患糖尿病足，約有 200 萬，臨床急需開發(fā)糖尿病足等難治性創(chuàng)面修復(fù)的新型敷料，提高臨床療效。而在現(xiàn)代醫(yī)用生物材料研發(fā)中，如何才能使實驗室研制的新材料，變成最終可供臨床使用的新的應(yīng)用制品，這就需要材料學(xué)家和臨床醫(yī)生共同努力，從臨床需求出發(fā)，堅持走醫(yī)工結(jié)合道路，通過轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)，開發(fā)醫(yī)用制品，實現(xiàn)從基礎(chǔ)研究到臨床應(yīng)用的過程。筆者研究開發(fā)醫(yī)用幾丁糖的道路就走了一條自主創(chuàng)新、醫(yī)工結(jié)合、成果轉(zhuǎn)化、商品市場化的道路。

實踐證明科學(xué)研究要堅持走自主創(chuàng)新道路，要堅持轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)模式，醫(yī)學(xué)科學(xué)研究成果只有轉(zhuǎn)化為可供臨床使用的新技術(shù)、新方法、新材料才有意義。堅持臨床與科研相結(jié)合、走醫(yī)工結(jié)合道路，利用各學(xué)科優(yōu)勢，有利于科學(xué)研究和成果轉(zhuǎn)化，有利于解決臨床醫(yī)學(xué)中存在的問題和難題，也有利于企業(yè)的創(chuàng)新性發(fā)展。

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（本文編輯：李貴存）

Views on current medical biomaterials

HOU Chun-lin. Department of Orthopedic Surgery， Changzheng Hospital，the second Military Medical University， Shanghai， 200003， PRC

Biological material is a product of cross fusion between materials science and life science. Development of biological materials has gone through three stages： microbial inert material， biodegradable polymer material， substituendum combining of engineering sciences and life sciences. At present， the development of China's medical biomaterials faces two problems： （1）Lack of innovation and independent brands. （2）Insuffcient transformation of scientific research achievements and disjoint between biological material research and clinical application. Practice has proved that scientifc research should adhere to independent innovation， tight combination of biological material research and clinical application， and suffcient transformation of scientifc research achievements，which is the only way to beneft the society. This article briefy reviewed the research status and development trend of biological materials from 5 articles on biological materials， and analyzed problems that need to be paid attention to in the feld of biological materials in China.

Tissue engineering；Biocompatible materials；Translational medical

10.3969/j.issn.2095-252X.2015.11.002

R318

200003 上海第二軍醫(yī)大學(xué)附屬長征醫(yī)院骨科

2015-10-10）