用玻璃修復(fù)骨骼的黑科技

方耀雪

新型玻璃嵌入人體

1999年，一名年輕男子遭遇了嚴(yán)重的車(chē)禍，眼眶底骨折，情況緊迫。眶底只是一塊小小的骨頭，厚度還不到1毫米，但卻是支撐眼球的重要梁柱。如果沒(méi)有眶底，眼球會(huì)向頭骨里陷，這會(huì)導(dǎo)致眼睛難以聚焦，視網(wǎng)膜成像模糊。

這名車(chē)禍?zhǔn)軅哪凶泳褪侨绱?，不僅視力受損，連辨認(rèn)色彩的色覺(jué)也出現(xiàn)了問(wèn)題。這名病患的工作內(nèi)容包含給飛機(jī)重新布線(xiàn)，現(xiàn)在他連紅色電線(xiàn)和藍(lán)色電線(xiàn)都分不清楚，難以回到工作崗位。

在受傷后的三年中，醫(yī)生想方設(shè)法地為他重建眶底骨骼，希望可以讓眼球回到原本的位置。傷者曾嘗試過(guò)仿骨骼材料植入，也曾接受手術(shù)，從自體肋骨取骨，放置在眼眶相應(yīng)位置，但這兩種嘗試都沒(méi)有成功。每次手術(shù)完成幾個(gè)月之后，就會(huì)出現(xiàn)感染，造成難以忍受的疼痛。最后，醫(yī)生也束手無(wú)策了。

2002年，這名痛苦不堪的患者聯(lián)系到英國(guó)國(guó)王學(xué)院面部修復(fù)專(zhuān)家伊恩·湯普森，希望可以在他這里求得一線(xiàn)生機(jī)。湯普森給出的解決方法是進(jìn)行玻璃植入，將玻璃材料嵌入病人已經(jīng)破碎的眼眶底骨。這個(gè)病人也成為世界上第一個(gè)以這種方式得到救治的病患。

修復(fù)骨骼的黑科技

用玻璃這樣一種傳統(tǒng)意義上的脆性材料來(lái)修復(fù)非常精細(xì)的眼眶底骨聽(tīng)起來(lái)有悖常識(shí)。但是，這里說(shuō)到的玻璃可不是普通的玻璃。

要是把制作窗子那種玻璃拿來(lái)植入人體，它會(huì)被身體的疤痕組織包裹，在身體里難以固定，來(lái)回活動(dòng)，以異物的身份遭到身體的“排擠”，最終從傷口排出，或是造成炎癥感染，通過(guò)手術(shù)被帶離身體。但是，這次修復(fù)手術(shù)中使用的玻璃是生物有機(jī)玻璃，主要由硅、鈉、鈣、磷等元素的氧化物組成。生物玻璃的配料成分是仿生的，經(jīng)過(guò)化合反應(yīng)后，會(huì)生成一種Ca5（PO4）3（OH）（羥基磷酸鈣），而這種成分也是人和動(dòng)物的骨頭的構(gòu)成成分之一，比較適于骨骼修復(fù)。

將生物玻璃置于人體，它會(huì)逐步溶解，并釋放出一些離子，這些離子能夠與免疫系統(tǒng)對(duì)話(huà)，告訴身體細(xì)胞它們都該做些什么。生物玻璃不會(huì)被我們的身體當(dāng)作外來(lái)者，它能夠與人體骨骼以及軟組織很好地結(jié)合，一方面替代部分骨骼的支撐功能，另一方面促進(jìn)身體生成新的骨骼組織。

接受手術(shù)后，湯普森的病人幾乎在術(shù)后直接恢復(fù)了視力、色覺(jué)以及深度知覺(jué)。之后的15年中，他一直非常健康，眼部沒(méi)有出現(xiàn)任何問(wèn)題。

這種生物玻璃植入技術(shù)后續(xù)一直幫助人們對(duì)抗骨病問(wèn)題，車(chē)禍、事故造成的損傷不再是不可逆的了。事實(shí)上，生物玻璃比患者自體骨移植的效果更好。生物玻璃到達(dá)患處后會(huì)在溶解的過(guò)程中緩慢地釋放鈉離子，在患處起到殺菌的功能，這種溫和的抗菌方式可以有效消除感染。

統(tǒng)計(jì)研究發(fā)現(xiàn)，地震災(zāi)害中超過(guò)20%的傷員從廢墟中被救出之后，需進(jìn)行截肢。長(zhǎng)期壓埋之后創(chuàng)面大面積潰爛，為了讓傷者活下來(lái)，只能這樣處理。而在2008年的汶川地震中，某戰(zhàn)地醫(yī)療隊(duì)的醫(yī)生首次使用生物玻璃這種生物活性材料控制創(chuàng)面擴(kuò)散，促進(jìn)組織再生。當(dāng)時(shí)一名傷者手臂大面積潰爛，但經(jīng)過(guò)這樣的治療之后，保住了胳膊。

生物玻璃的誕生與發(fā)展

生物玻璃于1969年由美國(guó)科學(xué)家拉里·亨奇發(fā)明。一個(gè)偶然的機(jī)會(huì)，亨奇在公交車(chē)上與坐在旁邊的一名從越戰(zhàn)戰(zhàn)場(chǎng)歸來(lái)的陸軍軍官攀談。那位軍官無(wú)奈地告訴亨奇，盡管現(xiàn)代醫(yī)療技術(shù)能夠在戰(zhàn)場(chǎng)上拯救更多的生命，但許多撿回了性命的士兵四肢受到永久地傷害，殘臂斷腿，醫(yī)療手段對(duì)此也無(wú)能為力。聽(tīng)到這席話(huà)，亨奇深受觸動(dòng)，將洲際彈道導(dǎo)彈的材料研究計(jì)劃擱置，轉(zhuǎn)而研究不會(huì)被身體排斥的醫(yī)用生物材料。

最后，亨奇帶著他的研究來(lái)到英國(guó)倫敦，在這里，最具革命性的生物玻璃材料誕生了，并被廣泛應(yīng)用于從外科矯正手術(shù)到牙科醫(yī)療的各種醫(yī)治手段中。

在過(guò)去的十年里，外科手術(shù)中修復(fù)骨骼損傷使用的生物玻璃是粉末狀的，有點(diǎn)像糊墻的膩?zhàn)印?010年之后，同樣的生物玻璃材料被某牙膏品牌加入牙膏成分之中，用于修復(fù)和保護(hù)牙齒。刷牙的過(guò)程中，生物玻璃溶解并釋放磷酸鈣離子，與牙齒中的礦物結(jié)合，修復(fù)損傷，保護(hù)牙齒。

現(xiàn)在的新型生物玻璃已經(jīng)進(jìn)入了彈性生物玻璃階段。經(jīng)過(guò)改進(jìn)后的生物玻璃材料具有更好地彈性，就如同孩子們玩的彈力球，柔韌性驚人。這樣改進(jìn)的好處在于彈性生物玻璃可以被置于嚴(yán)重骨折的腿部，支撐起病人的體重，同時(shí)使得患者的行走活動(dòng)不受影響，不像以前得需要鋼板和螺絲固定，活動(dòng)度大受影響。同時(shí)，彈性生物玻璃還能夠刺激以及指導(dǎo)骨骼的再生長(zhǎng)，自己則緩慢而自然地融入身體。

軟骨修復(fù)小能手

生物玻璃也在不斷升級(jí)進(jìn)化。一種新型生物玻璃材質(zhì)非常柔軟，有彈性，像是墨魚(yú)的質(zhì)感。這種生物玻璃被設(shè)計(jì)用于軟骨修復(fù)。

軟骨修復(fù)一直是一道醫(yī)學(xué)難題。目前，外科醫(yī)生嘗試以微裂縫手術(shù)這種高精尖的手術(shù)過(guò)程修復(fù)股關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的軟骨損傷。這一手術(shù)需要將受損區(qū)域下面的骨頭暴露出來(lái)，刺破組織，使得干細(xì)胞從骨髓流出，通過(guò)干細(xì)胞進(jìn)行骨骼修復(fù)。但這樣做會(huì)造成軟骨傷痕，幾年后患處又會(huì)再次出現(xiàn)問(wèn)題。

科學(xué)家們新研發(fā)出的這種生物玻璃可以通過(guò)3D打印制成不同的形狀，將其置于軟骨縫隙，細(xì)胞會(huì)接受它。這種材料保有軟骨的所有自然特性。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，科學(xué)家模擬人體的行走動(dòng)作，關(guān)節(jié)彎曲及正?；顒?dòng)，認(rèn)為生物玻璃可以完全承擔(dān)軟骨的這些功能。通過(guò)進(jìn)一步的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和臨床實(shí)驗(yàn)，這一材料就能真正地為骨病患者造福。

這種生物玻璃還有另外一些功能，可以幫助人們治療因腰椎肩盤(pán)突出而造成的慢性背部疼痛。目前，這類(lèi)疾病的外科治療通過(guò)椎骨置換來(lái)完成，這雖然會(huì)消除疼痛，但是身體的活動(dòng)度會(huì)大受影響，畢竟不是“原裝”貨。生物玻璃植入能夠打印并代替原來(lái)的椎間盤(pán)，活動(dòng)度也不受影響。

小壁虎斷掉的尾巴可以再生，我們?nèi)祟?lèi)未來(lái)會(huì)不會(huì)也有重新長(zhǎng)出胳膊的特異功能呢？用人造材料完全實(shí)現(xiàn)斷肢重建路途遙遠(yuǎn)，但是隨著生物玻璃這樣的生物有機(jī)材料不斷發(fā)展應(yīng)用，未來(lái)醫(yī)學(xué)達(dá)成這樣的治療效果可以期待。endprint