不久前，南昌大学第一附属医院烧伤科主治医生邹立津博士所在的国际研究团队成功地制造出了三维骨。据邹立津介绍，研究团队利用3D打印技术以及组织工程技术，制造出了与创口吻合的三维骨结构。由于这种三维骨能够克服传统骨修复治疗上的缺陷，很有可能成为未来理想的骨移植物。
传统骨移植物存在缺陷
骨缺损是一种临床常见病。“目前治疗骨缺损的主要方法是骨移植。”邹立津说，但这些方法都有一定的缺陷。
他解释说，自体骨取自患者本人，来源有限，而且这是一种拆东补西的做法，很容易对患者造成二次伤害。另外，自体骨移植增加感染的几率比较大。因此，该方法在临床应用中相当有限。第二是异体骨移植，由于使用的骨头来源不一——一种来源于尸体骨，这种骨头没有生长力；另一种取自其他动物的骨骼，因为无法确定这些骨骼是否具有传染性污染物，目前已较少使用。此外，异体骨移植的主要障碍在于容易产生免疫反应。由于人工骨的功能比较单一，或与人体组织的相容性差，或促进骨生长的能力差等。因此在移植人工骨后，经常会“出现骨修复不彻底、愈合过程缓慢的情况”。
“组织工程骨（三维骨）能够克服这些缺点。”邹立津说。该国际团队制造的三维骨是一种新型人工骨，它的组织相容性较好，可以满足患者个性化需求，没有免疫排斥反应。为期12周的小鼠实验已经证明了新三维骨结构的效果。
三维骨临床可行性大
尽管已经通过了小鼠实验的验证，但在临床使用前，对三维骨存在的疑问还不少，比如，三维骨是不是有效？三维骨的支架材料安不安全？技术上是否存在问题？小鼠实验本身的可靠性有多大？等等。
据邹立津介绍，研究团队首先从患者本人的一小块皮肤组织中提取皮肤细胞。然后将皮肤细胞诱导为iPS细胞。这种细胞带有患者的全套遗传信息，可以分化成人体的任何细胞，因此又被称为“万能细胞”。接下来，iPS细胞在体外被定向分化成成骨细胞。最后，成骨细胞被接种在高科技材料支架上，形成三维骨结构。
“三维骨的支架是一种新型材料，能够促进骨的形成，对人体没有负面影响。”邹立津说，这种材料的主要成分有三种，分别是PCL、TCP以及透明质酸。PCL是一种生物材料，具有一定机械强度，为新骨的形成提供支撑；TCP是一种无机材料，可以促进骨的形成；透明质酸能够促进成骨细胞的迁移和分化。“三维骨结构有较好的生物活性和组织相融性。”他说。
另外，为了满足患者个性化需求，研究团队引入了近几年进入生物领域的3D打印技术。通过利用该技术可以“打印”出更精确的人体组织模型。这种技术制造出的三维骨支架的形状、大小与创口基本一致。
据悉，骨细胞培养的方法很多，但都存在各种各样的问题。邹立津表示：“目前培养骨细胞的方法主要是通过成体干细胞或胚胎干细胞进行培养。但前者增殖能力相对弱；而利用胚胎干细胞培养时往往要牺牲胚胎，存在伦理方面的问题，还存在排斥反应风险。”但是新的细胞培养方法克服了以上两者的缺陷。邹立津及其研究团队利用患者成熟的皮肤细胞通过非病毒方式“重编程”出基因组稳定、无免疫反应的iPS细胞。“经过不断改进，目前人体皮肤细胞培育iPS细胞及分化为骨细胞的效率都很高，初步可以满足临床级别的需要。”他说。
新三维骨应用前景广泛
据了解，今后，新三维骨移植物可以用于人体骨发育实验和相关药理学实验，而且对骨损伤后修复治疗以及相关药物研发也会有所帮助。
“目前日本已开始将iPS产业化，我们国家对iPS细胞研究的投入也在增加。”邹立津说。目前研究团队正在申请大动物比如猪的骨缺损移植实验及经费，为今后的临床试验做准备。
“骨相关疾病的治疗研发需大量的动物实验进行筛查，而且与实际应用于人体相比，药物的药效和副作用有时存在差异，失败的风险较大。” 邹立津介绍，但是可以利用iPS细胞培养出带脆骨病基因的骨细胞，将之与正常骨细胞对照进行药物测试。这样，不仅可以减少动物实验，还可大大节约药物研发的成本。
但邹立津同时也表示，目前的研究还处在早期阶段，要充分发掘iPS细胞的潜力，还有很长一段路要走。“在临床试验前，还需要继续观察（小鼠）形成肿瘤的风险，继续进行大动物比如猪的骨缺损移植实验。细胞培育的条件与细胞产品的质量也有待进一步提高。他说，尽管标准的细胞培养室就可以实现骨细胞的培育，但定向转化时仍然需要不断优化体外的培养条件。”除此之外，iPS细胞基因组的稳定性、安全性也有待更长时间观察和大样本的实验数据分析。
邹立津预测，与其他骨移植方法相比，在将来临床治疗的费用上，“三维骨移植的费用会高些，但性价比高。”
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