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生物骨踏上“征途”

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2014-07-29 07:11:23 来源:中国科学报  作者:李勤
生物骨踏上“征途”

  图片来源:百度图片

  与生长因子紧密结合的活性生物材料不仅可以运用在骨材料中,还能在皮肤、血管、神经等领域“一展身手”。

  本报见习记者 李勤

  未来,当人们某个部位受伤时,随时可以替换新的“零配件”,这就是再生医学中植入性生物材料所能带来的远景。

  而近景是,中科院遗传与发育生物学研究所戴建武研究组与烟台正海生物技术有限公司(以下简称正海生物)合作,运用最广泛应用的植入性生物材料之一 —胶原生物材料成功研制并实现产业转化的生物骨,目前已经完成了所有的临床试验,预计今年底可取得产品注册证书,2015年初上市销售。这意味着,人们终于能够使用到价格合理、技术先进的骨填充材料,感受到再生医学发展带来的新体验。

  “1.0版”生物骨有望投产

  据介绍,胶原在创伤修复中有十分重要的作用,是参与创伤愈合的主要结构蛋白。含有胶原的生物骨材料不同于传统的骨材料,传统的骨填充材料主要成分是羟基磷灰石,比如珊瑚,制成的骨填充材料硬而脆,而生物骨填充材料含有胶原和无机骨成分就像一块有孔隙的“海绵”,十分有韧性。

  “而且,生物骨还能为组织细胞生长提供三维支架,在对损伤部位进行填充、替换的同时,促进细胞的粘附、增殖乃至分化。”中科院遗传与发育生物学研究所组织工程研究实验室主任戴建武对《中国科学报》记者介绍道。

  经过多次调研后,正海生物在产品转化上确认了胶原生物骨产品的首个适用范围:口腔相关科室如种植科、颌面外科、牙周病科骨缺损的填充和修复,包括种植牙手术的制备种植床、骨缺损填充、上颌窦提升等。

  正海生物总经理张文彩告诉《中国科学报》记者,预计该胶原生物骨产品在上市初期的年产量能达到3万瓶(0.25g/瓶)左右,初期产生的市场终端价值约为3000万元/年。

  而且,这只是胶原生物骨的“1.0版”,添加了骨生长因子的胶原生物骨“2.0版”正处于临床试验中,一旦上市,活性骨材料将在骨再生领域一鸣惊人。

  “2.0版”活性骨更受期待

  据戴建武介绍,“2.0版”的生物骨又称为活性生物骨,与第一代生物骨不同的是,科学家们通过基因工程技术在骨生长因子上融合了能特异结合胶原的胶原结合区,制备出能与胶原材料特异结合的骨生长因子,再将骨生长因子定向地锚定到胶原生物骨材料上。

  骨生长因子与胶原生物骨材料不是简单的“一拍即合”。戴建武实验室的研究人员陈冰表示,与生物骨简单混合的生长因子在体液浸润中容易发生扩散,带来不良后果。

  “一是扩散的生长因子为机体带来潜在的风险,二是扩散使细胞活动主要发生在材料的外部,导致修复效果有限,而为了加强修复效果,需要反复用药,这无疑增加了成本与患者的痛苦。”陈冰说。

  戴建武研究团队首次创新性地建立了胶原生物材料的生长因子缓释方法,即不仅让生长因子与胶原生物骨牢牢结合,又建立了缓释机制。

  戴建武解释了这一“奥秘”:他们在前人的研究成果中发现,胶原酶上有一段蛋白质序列能结合胶原,有一段蛋白质序列能够酶切胶原,因此他们把可以结合的胶原序列与生长因子连接在一起,生长因子上长了一个“尾巴”,这个“尾巴”能识别胶原并选择性地结合胶原。

  “这样的生长因子可以直接被代谢掉,而且在组织内的维持时间大概是几天或者几十个小时,也充当了一种刺激信号的角色,刺激了细胞分化和血管生成,能够快速修复一般的损伤和创伤,相比普通的骨材料,用的骨生长因子剂量也会少很多。”戴建武说。

  承接活性骨产品转化的正海生物对“2.0版”也抱有很大期望。“活性生物骨可解决目前临床上大段骨缺损和骨不连的问题,目前我们已在全国多家中心开展临床试验,且已有80余例骨缺损患者接受了活性骨的治疗,目前临床反馈良好,与"1.0版"相比,更具有优势。” 张文彩说。

  活性生物材料用途广泛

  更令人期待的是,与生长因子紧密结合的活性生物材料不仅可以运用在骨材料中,还能在皮肤、血管、神经等领域“一展身手”。针对不同的损伤,可以制备不同的胶原材料,对适于这种组织损伤修复的生长因子进行改造,使之带有胶原结合能力。

  陈冰等人在研究中提到,具有胶原特异结合能力的生长因子和不同的胶原材料,构成适于不同组织损伤修复的功能胶原生物材料,并且在皮肤、骨、肌肉(膀胱肌肉,腹壁肌肉)、外周神经和中枢神经损伤修复中验证了胶原功能生物材料的作用。

  在戴建武的实验室中,记者看到了盛放在玻璃瓶中的“胶原膜”。据介绍,研究人员们将皮肤损伤的活化因子进行了改造,与胶原成功结合,这种胶原膜可以作为创面覆盖物,具有封闭创面、保湿、止血以及可吸收等特点。例如,可以帮助溃疡的修复。

  据悉,溃疡不能快速愈合的原因在于细菌感染较多,且创面下血液循环不畅,传统溃疡贴中主要含有抗生素,只解决了一个问题,即细菌感染。

  “如果要用胶原膜来设计一款溃疡贴,我觉得既要有生长因子,又要有抗生素。同时,分成两层,第一层是抗生素,抑制细菌生长;第二层是缓释生长因子,促进愈合。但反过来却不行,因为生长因子如果先遇上细菌,会被细菌分泌的胶原酶降解掉。”戴建武解释道。

  不过,他随后淡然一笑,“这只是一个可能应用到生活中的小方向,可做的太多,中科院干细胞与再生医学战略先导专项支持一系列前瞻性产品的研究,除了活性骨材料外,还有心肌再生产品,神经修复产品等,以后我们还会推出一系列研究成果。”戴建武说。

  《中国科学报》 (2014-07-29 第8版 生物)

(责任编辑:HN666)

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