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?Ugulin TM      生物活性玻璃

科學家開發出能替代軟骨的可3D打印生物玻璃

  日前,英國科學家開發出了一種材料,這種材料可以模仿軟骨并有可能刺激它重新生長。軟骨是位于關節和脊椎之間的一種柔軟的締結組織,這種組織受到損傷之后很難修復。

  來自倫敦帝國學院(Imperial College London)和Milano-Bicocca大學的研究人員們已經開發出一種生物玻璃材料可以模擬真正軟骨組織的減震和承重性。它可以通過特定的配方來表現出不同的特性??茖W家們希望能夠用它來開發植入物以取代椎骨之間受損的軟骨盤。

科學家們相信,它也有可能刺激膝蓋的軟骨細胞生長,這在以前是不可能通過傳統的方式實現的。據天工社了解,生物玻璃是由硅和一種叫做聚己內酯的聚合物組成的。它能夠表現出類似軟骨的屬性,包括柔軟、強韌、耐久而具彈性。它可以通過一種可生物降解的墨水形式生成,使得研究人員可以將其3D打印成某種特定的結構以促進軟骨細胞在關節內的形成和生長——類似于它們在試管中所表現出的那樣。

另外,當受到損傷時,它還顯示出自愈的特性,這一特性使其很適合用作可靠的植入物,而且當它以墨水的形式存在時更容易3D打印。

  而且,研究團隊已經開發出了一種配方,可以為那些椎間盤受損的患者提供一種替代的治療方案。當脊柱的軟骨退化時,會給患者造成很大的痛苦,當前比較常見的治療方案是融合椎骨,但是這種方法影響到了病人的活動能力。

科學家們相信,他們能夠開發出合成的生物玻璃軟骨椎間盤植入物,其具有與真正軟骨相同的力學性能。

另外,研究團隊還開發出了另外一種配方,以改善膝蓋軟骨受損患者的治療。當前,外科醫生能夠做到的只是創建一種疤痕樣組織來修復受損的軟骨,但是大多數患者最終還是要接受關節置換,從而降低了其活動能力。

研究人員的目標是使用其生物玻璃“墨水”3D打印出微小的可生物降解支架。這些可生物降解支架將提供一個復制膝關節真正軟骨結構的模板。

  當這種支架被植入后,生物玻璃的結構、剛度、化學特性會刺激軟骨細胞通過細微的孔隙生長??茖W家們的設想是,隨著時間的推移,支架會在人體內安全降解,在原有的位置留下新的軟骨,這種軟骨具有類似原始軟骨的機械性能。

倫敦帝國學院材料系的Julian Jones教授是該生物玻璃材料的開發人員之一,他介紹說:“生物玻璃從上世紀60年代就已經出現了,最初是在越南戰爭期間幫助治愈退伍軍人。而我們的研究表明,其最新的柔性版本可以用作類似軟骨的材料?!?/font>

  目前,該研究團隊已經獲得了來自英國工程和物理科學研究理事會的資助以幫助他們將研究推進到下一階段。未來他們將在實驗室里對該技術進行一系列測試,并開發出一種手術方法來植入該植入物。他們還將與一些企業伙伴一起開發針對這種材料的3D打印技術

Justin Cobb教授是倫敦帝國學院醫學系骨外科的負責人,他將在下一階段共同領導這項研究。Cobb教授補充說:“這種新型配方和制造方法使得Julian可他的團隊能夠開發出下一代的生物材料。今天,就算性能最好的人工關節也要比正常軟骨硬1000倍。雖然它們的性能也不錯,但是這種更加接近自然,甚至可以用于3D打印的的材料的前景更加讓人興奮。"使用Julian的技術平臺,我們也許能夠解決使用硬金屬制造的關節所帶來的僵硬和骨刺等問題,恢復其靈活性和舒適性?!?/font>

  來自 Milano-Bicocca大學的Laura Cipolla教授補充說:“我們使用生物納米材料、蛋白質和碳水化合物的化學改性技術,設計出了一種新的化學方法,該方法迫使有機成分聚己內酯以一種穩定的方式與無機成分硅結合在了一起。

  不過這項技術的兩個應用(即膝關節和椎間盤)在到達臨床應用之前仍然有大量的監管障礙需要克服。研究團隊預計這兩種技術要真正進入市場估計還需十年時間。他們已經與Imperial Innovations共同申請了專利,后者是倫敦帝國學院的技術商業化合作伙伴。

(編譯自倫敦帝國學院)

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