海洋动物为什么不会骨质疏松?深圳一科研团队将其奥秘用于人体骨折修复
海洋动物为什么不会骨质疏松?科学家发现,海洋的微碱性环境也许是其奥秘所在。
以此为灵感,来自中科院深圳先进技术研究院生物医药与技术研究所的团队,尝试给骨质疏松病人的体内“营造”一个类似的微碱性环境:以脊柱修复为例,将富含锶、镁、硼等微量元素的生物活性玻璃,加入填充材料中,由这些离子释放可形成微碱性环境。
近日,团队负责人、研究所副所长潘浩波博士告诉深圳商报记者,这种生物活性骨水泥,可促进周围骨组织再生,让填充物和骨组织良好结合,降低了骨折部位再次骨折的风险。
生物活性骨水泥改进原有材料
对骨质疏松患者如何治疗?近10年来,微创手术在临床效果显著:只需在骨折位置打个小孔,将特殊材料填充进去,可减轻病人需长期卧床的痛苦。
这种注射型修复材料,以PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)为主。PMMA的优点是力学强度高,能支撑起人体“脊梁”,同时对人体无害。但是,潘浩波博士告诉记者,近年来,PMMA在治病中的“后遗症”也逐渐显露。
首先,PMMA材料自身没有活性,无法与周围的骨形成有效结合,术后半年就有位移的风险,也就是填充物“滑”出骨组织,进而压迫周围椎体,再次引起疼痛。其次,PMMA聚合反应产热较高,最高点可以达到近90℃,注射后易引起周围组织热灼伤。
基于此,潘浩波团队研发出生物活性骨水泥,在PMMA材料基础上,添加可降解生物活性玻璃,并加入锶、镁、硼、硅等微量元素,既保证了填充材料的力学支撑,又能诱导周围骨再生,让材料与其更好地结合。
海洋动物可修复骨代谢失衡
2007年,正在香港大学从事研究工作的潘浩波,给海洋公园里一头自然死亡的海豚做了骨密度分析。“那头海豚已经相当于人类80岁了,但是它的CT显示,骨结构非常完整,没有任何骨质疏松的现象。”潘浩波告诉记者。基于此,潘浩波团队开始将重心放到海洋环境的研究上。
据悉,海洋的pH值比人体血液略高,碱性的环境促进了干细胞成骨分化。其次,海水中锶的含量大约是陆地的10倍。双重作用下,海洋动物可有效修复自身的骨代谢失衡,几乎不会出现骨质疏松症。
“锶、镁、硅能促进骨组织再生,并抑制破骨,硼可以调节免疫,我们将这些元素以一定比例,形成生物活性玻璃的特殊化学组成,并和PMMA复合,既赋予其生物活性,又延缓了高分子聚合产生的高热,极大改善了PMMA用于脊柱修复时的不足。”潘浩波说。
目前,该团队研发的骨水泥已取得4项专利。
预计今年9月用于临床
据介绍,潘浩波团队研发出的生物活性骨水泥已完成山羊、小鼠等动物实验,并通过了牵头临床机构伦理审查,已和全国多家三甲医院达成合作,预计2019年6月正式进入临床实验阶段,“今年计划完成200例手术。”潘浩波说。
据悉,生物活性骨水泥因添加了生物玻璃,给医生留出了更多操作时间。“病人手术后几小时就可以下床走动了。”潘浩波说。
除脊柱修复外,活性骨水泥还可以用于关节置换、牙齿填充、骨质疏松预防等。
据悉,生物活性骨水泥也是2018年国家科技部国家重点研发计划项目,聘请上海第六人民医院院长张长青作为首席科学家,且符合国家食品药品监督管理总局《医疗器械优先审批》情形。
潘浩波说,生物活性骨水泥未来的市场规模很大。据中华医学会数据预测,2020年,脊柱修复和关节置换手术将分别达到50万和140万例,如果按10%市场占有率测算,生物活性骨水泥每年销售收入将达到2-3亿元,利润率30%以上。
“目前临床使用的都是传统骨水泥产品,国产品牌2个,进口的有27个,基本被国外产品垄断,因此,我们需要自主品牌的骨水泥,来打破这种尴尬局面。”潘浩波说。
“传统脊柱修复手术一次费用在26000元左右,自主研发的活性骨水泥,可以有效降低临床费用。”潘浩波告诉记者。
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