堅(jiān)硬的金屬材料一直是骨折后內(nèi)固定手術(shù)的首選，但患者愈合取出金屬內(nèi)固定時(shí)，往往會(huì)造成二次手術(shù)創(chuàng)傷。

不久前，由空軍軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院雷偉教授、馮亞非副教授團(tuán)隊(duì)和中科院上海微系統(tǒng)所陶虎研究員團(tuán)隊(duì)共同開(kāi)發(fā)的可降解蠶絲螺釘，能夠利用其在人體環(huán)境中發(fā)生酶解的特性，實(shí)現(xiàn)在人體內(nèi)功能修復(fù)的同時(shí)逐漸降解，并最終不在宿主體內(nèi)殘留，進(jìn)而避免了二次手術(shù)取出。該螺釘是世界上首款實(shí)現(xiàn)人體內(nèi)應(yīng)用的可降解醫(yī)用蠶絲骨釘，突破蠶絲骨科植入式醫(yī)療器械的臨床產(chǎn)品空白，標(biāo)志著人體內(nèi)固定領(lǐng)域開(kāi)啟了蠶絲應(yīng)用的新時(shí)代。

立足臨床需求 瞄準(zhǔn)金屬材料缺陷

在長(zhǎng)期的臨床應(yīng)用過(guò)程中，金屬材料逐漸顯現(xiàn)出三大缺陷：一是金屬內(nèi)固定往往需要二次手術(shù)取出，大大增加了患者的痛苦及經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。二是金屬的力學(xué)強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)骨骼，導(dǎo)致應(yīng)力遮擋，顯著影響骨折愈合。另外，部分金屬材料術(shù)后無(wú)法進(jìn)行CT和磁共振拍攝;即使鈦合金材料可以進(jìn)行檢查，也存在明顯的偽影，螺釘周邊模糊一團(tuán)，嚴(yán)重影響影像觀察的效果。

如何消除應(yīng)力遮擋，研發(fā)與骨骼力學(xué)匹配性更適宜的材料?如何實(shí)現(xiàn)材料體內(nèi)的安全降解，遠(yuǎn)離二次手術(shù)帶來(lái)的傷害?又如何避免金屬材料偽影，讓患者不再為術(shù)后影像檢查擔(dān)憂(yōu)不已?讓人類(lèi)擺脫金屬內(nèi)固定的束縛，這是擺在醫(yī)學(xué)家和科學(xué)家面前的重大課題。

針對(duì)目前金屬材料的缺點(diǎn)，科學(xué)家與醫(yī)學(xué)家進(jìn)行無(wú)數(shù)嘗試，研制出基于金屬的鎂、無(wú)機(jī)羥基磷灰石和合成有機(jī)聚乳酸(PLA)等可吸收螺釘。據(jù)團(tuán)隊(duì)成員相庚講師介紹，目前臨床已經(jīng)應(yīng)用的“聚乳酸可吸收螺釘”是由聚乳酸材料加工而成，屬于合成有機(jī)材料。聚乳酸通常在植入體內(nèi)后12-18個(gè)月后降解為乳酸，又進(jìn)一步分解成水和二氧化碳，無(wú)須二次手術(shù)取出，有效緩解了患者的痛苦和經(jīng)濟(jì)壓力。而鎂合金作為體內(nèi)降解的金屬材料，具有良好的力學(xué)強(qiáng)度和生物相容性，其內(nèi)固定產(chǎn)品也已經(jīng)進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段。但有報(bào)道稱(chēng)目前的可吸收螺釘仍存在降解速度過(guò)快、螺釘周邊遲發(fā)型炎癥反應(yīng)，降解部位無(wú)法實(shí)現(xiàn)骨替代長(zhǎng)入等問(wèn)題，限制了可降解材料在臨床上的推廣。

隨著材料科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，可吸收內(nèi)固定材料的不斷完善，作為天然有機(jī)材料的蠶絲越來(lái)越受到科學(xué)家們的關(guān)注，而蠶絲蛋白材料也被科學(xué)家們視為最有希望的生物材料之一。

專(zhuān)注技術(shù)攻關(guān) 實(shí)現(xiàn)蠶絲化繭成“鋼”

中國(guó)是最早養(yǎng)蠶繅絲的國(guó)家，孕育了輝煌的蠶絲文明?，F(xiàn)如今，蠶絲在醫(yī)療領(lǐng)域同樣展現(xiàn)出巨大潛能。那具有良好生物特性的柔軟蠶絲，能否用作堅(jiān)強(qiáng)的骨科內(nèi)固定呢?受此啟發(fā)，雷偉團(tuán)隊(duì)聯(lián)合陶虎團(tuán)隊(duì)，歷經(jīng)多年技術(shù)攻關(guān)，成功突破了蠶絲臨床應(yīng)用的技術(shù)壁壘，研發(fā)出新型可降解蠶絲接骨螺釘。

美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局(FDA)和我國(guó)食品藥品監(jiān)督管理總局(CFDA)先后批準(zhǔn)蠶絲及其提取的蛋白可用于生產(chǎn)創(chuàng)傷輔料;美國(guó)環(huán)保組織環(huán)境工作組(EWG)將蠶絲評(píng)為最優(yōu)級(jí)綠色原料和產(chǎn)品。蠶絲更被證明是生物毒性極低、免疫原性極小的優(yōu)良醫(yī)用材料。

既往觀點(diǎn)認(rèn)為，可吸收螺釘?shù)臋C(jī)械性能弱是限制其應(yīng)用的主要原因。因此，如何讓蠶絲由“柔軟”變“堅(jiān)硬”是首先要解決的難題。陶虎研究員介紹，從溶解后的蠶絲中提取蠶絲蛋白作為原始材料，通過(guò)一系列生物制造技術(shù)制成，這是一種區(qū)別于蠶絲紡織品的新科技材料、新技術(shù)路線。其中，蠶絲蛋白的分子量和結(jié)晶水平是影響骨釘力學(xué)性能和降解特性的核心因素。經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次試驗(yàn)的失敗和堅(jiān)持不懈的調(diào)試，終于實(shí)現(xiàn)了硬度與降解性的平衡，達(dá)到了體內(nèi)螺釘固定的要求。

而當(dāng)蠶絲螺釘植入體內(nèi)以后，人體又需要它適時(shí)由“有形”變“無(wú)蹤”。馮亞非副教授介紹，螺釘植入體內(nèi)初期降解速度極為緩慢，以保證骨折堅(jiān)強(qiáng)固定的需求;植入1年后螺釘逐漸酶解，降解產(chǎn)物為氨基酸和多肽，可完全被人體吸收，沒(méi)有任何毒副作用。臨床前研究證實(shí)，蠶絲螺釘在體內(nèi)3年的降解率超過(guò)80%。該螺釘性能合理，降解時(shí)間與彈性模量合理設(shè)計(jì)，有效減少并發(fā)癥的發(fā)生。

精誠(chéng)合作 完成世界首例應(yīng)用

今年5月份，患者張強(qiáng)(化名)，不慎扭傷，造成左股骨遠(yuǎn)端骨折。由于骨折部位靠近關(guān)節(jié)面，使用金屬螺釘固定時(shí)應(yīng)力過(guò)大，會(huì)影響骨折愈合;一年后還需要手術(shù)再次取出，造成二次創(chuàng)傷?；颊呷朐褐?，團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)詳細(xì)探討病情、細(xì)致閱片后決定，該患者符合蠶絲螺釘固定的適應(yīng)證。術(shù)中使用蠶絲螺釘對(duì)骨折塊進(jìn)行牢靠固定，術(shù)后的CT片中沒(méi)有任何偽影，可以清晰地看到骨折塊已經(jīng)完全復(fù)位，解除了患者二次手術(shù)取出的負(fù)擔(dān)和困擾。

據(jù)悉，這已經(jīng)是第五例在西京醫(yī)院接受蠶絲接骨螺釘?shù)幕颊吡?。早在今年三月份，一名髖臼及股骨頭骨折的患者在西京醫(yī)院骨科接受了蠶絲螺釘固定手術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)了世界首例可降解蠶絲骨釘?shù)娜梭w內(nèi)應(yīng)用。患者術(shù)后三個(gè)月復(fù)查時(shí)，已可以下地行走，無(wú)需借助護(hù)具保護(hù)。術(shù)后復(fù)查顯示骨折已完全愈合，螺釘植入部位未發(fā)現(xiàn)明顯的免疫排斥反應(yīng)，體現(xiàn)出良好的生物相容性。

技術(shù)查新顯示，國(guó)際尚無(wú)蠶絲蛋白材料在人體內(nèi)骨科應(yīng)用的臨床實(shí)例。該項(xiàng)目已正式通過(guò)西京醫(yī)院學(xué)術(shù)委員會(huì)和科研倫理委員會(huì)審批，進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段。2020年受邀參加在上海召開(kāi)的全球技術(shù)轉(zhuǎn)移大會(huì)，是陜西省唯一參展的醫(yī)療產(chǎn)品。

“可降解蠶絲材料的研發(fā)和臨床應(yīng)用，解決了金屬內(nèi)固定應(yīng)力遮擋、二次手術(shù)、偽影干擾的三大缺陷。”在雷偉教授看來(lái)，蠶絲材料所展現(xiàn)出的優(yōu)良力學(xué)性能、生物學(xué)性能和降解性能，必將為骨科植入物市場(chǎng)帶來(lái)新的解決方案和發(fā)展動(dòng)力。未來(lái)還將拓展應(yīng)用于脊柱外科、神經(jīng)外科、口腔醫(yī)學(xué)等諸多領(lǐng)域，惠及更多患者。(記者 史俊斌 通訊員 相庚)

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