对当前医用生物材料研究的一点看法

侯春林

.专论 Special article.

对当前医用生物材料研究的一点看法

侯春林

组织工程；生物相容性材料；转化医学

现代医学科学的发展，往往离不开材料科学，尤其是医用生物材料的发展［1-2］。生物材料植入体内后发挥组织修复、功能重建作用，依赖于生物材料良好的组织相容性和生物活性。生物医用材料，它是指对生物体进行诊断、治疗和置换损伤组织、器官或增进其功能的材料。生物材料的发展经历了 3 个阶段，即：20 世纪60、70 年代的第一代生物材料大多数为微生物惰性材料；20 世纪 80 年代开发了生物降解高分子材料；第三代组织工程用生物材料综合了工程科学与生命科学原理，构筑取代物以修复组织缺损，恢复其部分功能［3-5］。

目前，生物材料研究热点主要包括：组织工程材料，研究具有全面生理功能的人工器官、组织支架等；复合生物材料，研究较多的是合金、高分子材料、无机材料等；纳米生物材料，主要是药物载体和药物缓释载体等［6-8］；生物集成电路，包括生物功能修复集成电路，生物电传感材料等。生物材料植入生物体内时，其表面会诱发一系列宿主反应，如何使组织重建，这有赖于生物材料的组织相容性和生物活性。未来生物材料研究方向包括生物材料与细胞的相互作用、仿生表面工程、生长因子及其表达基因的控制释放、生物材料智能化及纳米技术与方法在生物材料中的应用等科学问题，涉及基因工程 （制备蛋白质基生物材料）、基因治疗（非病毒载体）、细胞治疗 （工程化细胞包囊与免疫隔离）、生物芯片、蛋白质芯片与细胞芯片的生物传感系统构筑及生物化工产品的分离与纯化技术［9-10］。

本期发表的 5 篇生物材料文章均是从临床需求出发，环绕可降解医用生物材料的研究论文。脱钙骨基质作为骨修复材料，已广泛用于临床，“骨粉和脱钙液比例与脱钙时间对脱钙骨基质诱导成骨影响的研究”，通过改进制备工艺，采用动态脱钙处理，通过少量多次换药操作的方法，调整脱钙时间以及骨粉和脱钙液的比例来缩短脱钙时间，制备出具有一定显影能力，钙含量稳定的 DBM （脱钙骨基质），加速 DBN 产生的进程，减少了对环境的污染，降低了生产成本。“聚维酮碘作为脱钙骨基质保存剂的实验研究”则是针对目前DBM 常规灭菌方法会不同程度影响 DBM 中的活性成分，而探索新的灭菌保存方法，利用目前临床使用的皮肤消毒剂聚维酮碘 （PVP-I），对 DBM 进行灭菌保存，研究结果证实 DBM 浸泡在 PVP-I 中 3 个月不仅可有效灭菌，而且不会影响其骨活性，使该材料有望成为一种新的用于 DBM 长期保存剂。而对于骨缺损修复新材料的探索，“antimiR-138 修饰骨髓基质干细胞膜片的可行性及其促进同种冻干骨粉成骨的研究”一文采用细胞膜片技术，通过非病毒转染试剂 Lipofectamine 2000 对骨髓基质干细胞 （BMSC）膜片进行转染，成功构建出具有较高转染力、良好生物相容性、结构完整的 antimiR-138 修饰的 BMSC 膜片，该膜片可显著促进异位骨组织的形成，为骨缺损的修复和再生提供新的思路和方法。“三相蚕丝组织工程韧带构建及其生物相容性的研究”构建的三相蚕丝组织工程韧带具有良好的生物相容相，有利于 BMSCs 的黏附增殖，为下一步的体内实验奠定了基础；为重建韧带骨结合部提供了新的思路。“巯基化透明质酸对退变性骨关节炎的潜在治疗研究”一文探索制备一种既具有清除自由基和抗氧化生物活性，又保留天然透明质酸钠作为关节补充疗法所具有的良好的生物相容性、黏弹性，能够起到良好的润滑、减震以及营养软骨细胞的作用，对于退变性骨关节炎的预防和治疗具有良好的应用前景。

当前，我国医用生物材料的发展面临两大问题：一是创新不足，缺乏自主品牌；二是科研成果转化不畅，生物材料研发与临床应用脱节。我国生物医药产业发展的临床需求十分巨大，骨折内固定材料年需求量超过 300 万，而目前国内内固定材料绝大部分都依赖进口，即使由国内生产也大多是仿制，缺乏原创性内固定器材。那么如何开发具有自主知识产权的内固定器材？目前，可吸收螺钉虽已应用于临床，但由于机械强度不足，仅用于非负重骨折的固定，降解的酸性产物对组织也有影响，如何开发生物力学强度及组织相容性更好的可吸收内固定，用于承重骨的内固定治疗？又如人工骨在体内生物降解速度与新骨的生长速度不匹配，目前主要用于非承重的骨修复，缺乏用于大段骨缺损的人工骨材料，如何从纳米水平研究更接近天然骨结构与功能的仿生骨修复材料是今后人工骨发展的趋势。我国每年有大量患者需要做人工关节置换，而人工关节植入后的骨溶解和假体下沉尚未完全解决，如何通过对假体界面的研究，开发新型人工关节材料和涂层，延迟人工关节使用寿命？对于骨肿瘤患者切除后的骨与关节缺损，3 D 打印是目前进行个体化精准设计及制造的新技术，如何才能使该技术在国内更多医院得到推广，并加快设计及制造流程，更方便于患者？据不完全统计，目前我国糖尿患者已达 9200 万，其中 2% 患糖尿病足，约有 200 万，临床急需开发糖尿病足等难治性创面修复的新型敷料，提高临床疗效。而在现代医用生物材料研发中，如何才能使实验室研制的新材料，变成最终可供临床使用的新的应用制品，这就需要材料学家和临床医生共同努力，从临床需求出发，坚持走医工结合道路，通过转化医学，开发医用制品，实现从基础研究到临床应用的过程。笔者研究开发医用几丁糖的道路就走了一条自主创新、医工结合、成果转化、商品市场化的道路。

实践证明科学研究要坚持走自主创新道路，要坚持转化医学模式，医学科学研究成果只有转化为可供临床使用的新技术、新方法、新材料才有意义。坚持临床与科研相结合、走医工结合道路，利用各学科优势，有利于科学研究和成果转化，有利于解决临床医学中存在的问题和难题，也有利于企业的创新性发展。

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（本文编辑：李贵存）

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 上海第二军医大学附属长征医院骨科

2015-10-10）