3D 骨頭將成未來希望?

作者 | 發布日期 2016 年 10 月 22 日 12:00 | 分類 3D列印 , 醫療科技
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若你在不久的未來傷到了骨頭,3D 列印也許就是你最佳的良藥。研究者已經在猴子和大鼠上創造出他們稱作「超彈性」的骨頭。不僅可以大量製造,功能也和真的一樣,如果應用到人體上,目前移植骨頭所遇到的問題也能迎刃而解。



目前我們常做的手術主要分成兩種:第一種稱做自體骨移植,將破碎的骨頭從傷患身上移出後,再從傷患的臀部或肋骨取出部分骨頭移植到他的體內。這也是目前醫生偏好的方式,因為接好的骨頭具有生成軟骨和骨細胞的完整幹細胞,而且不會有自體免疫排斥的問題。但是缺點也不少:病人必須面臨第二次痛苦的手術並將有兩個傷口,另外人體內可以用來移植的骨頭數量也有限。

另外一種手術是製造一個支架提供骨頭生長的地方,這些支架通常由自然和人工合成材料所組成,當植入人體後,幹細胞會附在上面,分化出可建造骨頭的細胞……理想上啦。問題在於,支架的材質會造成幹細胞沒辦法百分百轉換成需要的軟骨和硬骨,目前的方法是將幹細胞生長在名為「磷化鈣」(CaP)的陶瓷材料,然而做出來的材質卻又硬又脆。這還不是最糟的,免疫系統還會將支架視為外來者進行攻擊,讓骨頭無法生長。

針對這些挑戰,來自西北大學(位於美國伊利諾州的埃文斯頓市)的研究者發明出超彈性骨頭。這種骨頭含 3 種成分:第一種是原本就存在於牙齒和骨頭中的氫氧磷灰石,它可以釋放出化學訊號誘導幹細胞分化;另外他們也加了具生物相容性的聚己內酯和溶劑,前者可增加彈性,而後者會在 3D 列印時蒸發黏住列印後的夾層。而這些混和物會混勻成墨水一層層雕塑出和骨頭吻合的形狀。這樣一來,病患不再使用大量製造的支架,只要經過 X 光照射,在同一天為病人量身訂做的高彈性骨頭就會被列印出來。

為了測試這項材質功能是否真的那麼神奇,研究團隊首先將列印出的支架和大鼠脊椎骨混和在一塊,目的是要看他們的材料是否可以和目前常用來治療受傷脊椎的其他支架一樣,將兩塊鄰近的脊椎骨固定在位置上。8 周後他們發現新的血管組織已經滲進支架裡──這在往後維持生長組織活性扮演一個非常重要的一步──然後幹細胞開始分化出鈣化的骨頭。吻合程度也比動接枝手術要來得好。同樣的材料用在獼猴受傷的頭骨,4 周後結果一樣令人欣喜,新生成的血管和骨頭已滲進支架中;更重要的是,獼猴並沒有受發炎或感染之苦。

另外這項材料在價格上也佔了優勢,由於在生醫工程方面的實驗室已被大量應用,所以這些「墨水」材料都不會太昂貴;未來在臉部重建的發展也大有用處,手術者可以將材料剪貼出理想的形狀。總之,照某一人的說法:應用可謂無邊無際。

在移植進人體之前仍需重複進行多次試驗,但人們無疑樂見於他們的成功,畢竟這項材料會讓不管是整形手術還是腫瘤切除手術都將具有更大的發展性,對全世界的患者不啻為一個更進步的醫療方法。

(首圖來源:shutterstock) 

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