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用玻璃修復骨骼的黑科技
發布時間:2018-1-11 11:44:05 查看:864 次 來源:玻璃網

新型玻璃嵌入人體

1999年,一名年輕男子遭遇了嚴重的車禍,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。如果沒有眶底,眼球會向頭骨里陷,這會導致眼睛難以聚焦,視網膜成像模糊。

這名車禍受傷的男子就是如此,不僅視力受損,連辨認色彩的色覺也出現了問題。這名病患的工作內容包含給飛機重新布線,現在他連紅色電線和藍色電線都分不清楚,難以回到工作崗位。

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

2002年,這名痛苦不堪的患者聯系到英國國王學院面部修復專家伊恩·湯普森,希望可以在他這里求得一線生機。湯普森給出的解決方法是進行玻璃植入,將玻璃材料嵌入病人已經破碎的眼眶底骨。這個病人也成為世界上第一個以這種方式得到救治的病患。

修復骨骼的黑科技

用玻璃這樣一種傳統意義上的脆性材料來修復非常精細的眼眶底骨聽起來有悖常識。但是,這里說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植入人體,它會被身體的疤痕組織包裹,在身體里難以固定,來回活動,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,通過手術被帶離身體。但是,這次修復手術中使用的玻璃是生物有機玻璃,主要由硅、鈉、鈣、鱗等元素的氧化物組成。生物玻璃的配料成分是仿生的,經過化合反應后,會生成一種Ca5(PO4)3(OH)(羥基磷酸鈣),而這種成分也是人和動物的骨頭的構成成分之一,比較適于骨骼修復。

將生物玻璃置于人體,它會逐步溶解,并釋放出一些離子,這些離子能夠與免疫系統對話,告訴身體細胞它們都該做些什么。生物玻璃不會被我們的身體當作外來者,它能夠與人體骨骼以及軟組織很好地組合,一方面替代部分骨骼的支撐功能,另一方面促進身體生成新的骨骼組織。

接受手術后,湯普森的病人幾乎在術后直接恢復了視力、色覺以及深度知覺。之后的15年中,他一直非常健康,眼部沒有出現任何問題。

這種生物玻璃植入技術后續一直幫助人們對抗骨病問題,車禍、事故造成的損傷不再是不可逆的了。事實上,生物玻璃比患者自體骨移植的效果更好。生物玻璃到達患處后會在溶解的過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。

統計研究發現,地震災害中超過20%的傷員從廢墟中被救出之后,需進行截肢。長期壓埋之后創面大面積潰爛,為了讓傷者活下來,只能這樣處理。而在2008年的汶川地震中,某戰地醫療隊的醫生首次使用生物玻璃這種生物活性材料控制創面擴散,促進組織再生。當時一名傷者手臂大面積潰爛,但經過這樣的治療之后,保住了胳膊。

軟骨修復小能手

生物玻璃也在不斷升級進化。一種新型生物玻璃材質非常柔軟,有彈性,像是墨魚的質感。這種生物玻璃被設計用于軟骨修復。

軟骨修復一直是一道醫學難題。目前,外科醫生嘗試以微裂縫手術這種高精尖的手術過程修復股關節和膝關節的軟骨損傷。這一手術需要將受損區域下面的骨頭暴露出來,刺破組織,使得干細胞從骨骼流出,通過干細胞進行骨骼修復。但這樣做會造成軟骨傷痕,幾年后患處又會再次出現問題。

科學家們新研發出的這種生物玻璃可以通過3D打印制成不同的形狀,將其置于軟骨縫隙,細胞會接受它。這種材料保有軟骨的所有自然特性。通過實驗,科學家模擬人體的行走動作,關節彎曲及正常活動,認為生物玻璃可以完全承擔軟骨的這些功能。通過進一步的動物實驗和臨床實驗,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突出而造成的慢性背部疼痛。目前,這類疾病的外科治療通過椎骨置換來完成,這雖然會消除疼痛,但是身體的活動度會大受影響,畢竟不是“原裝”貨。生物玻璃植入能夠打印并代替原來的椎間盤,活動度也不受影響。

小壁虎斷掉的尾巴可以再生,我們人類未來會不會也有重新長出胳膊的特異功能呢?用人造材料完全實現斷肢重建路途遙遠,但是隨著生物玻璃這樣的生物有機材料不斷發展應用,未來醫學達成這樣的治療效果可以期待。



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