【CSBM x 橙果局】断骨再生，创面重愈：再生医学重塑稳态

代谢性疾病是困扰老年健康的杀手，由此导致常见基础疾病例如骨质疏松症、糖尿病、高脂血症等，严重危害老年健康，并危及生命。其中，严重的并发症包括骨质疏松性骨折和糖尿病足。

据国际骨质疏松基金会（IOF）报告显示，全球每3秒钟有1例骨质疏松性骨折发生。预计到2035年，我国骨质疏松性骨折患者将达483万例次，到2050年约达599万例次。

此外，糖尿病易引发微血管病变，导致足部皮肤组织溃烂，创面愈合难，高糖引起严重细菌性感染，患者面临截肢保命。因此，无论是骨还是创面的再生修复，都已成为我国中老年人群重大健康需求。

但遗憾的是，现有修复材料仍缺乏主动、干预及调控病理微环境的能力，因此导致再生障碍，修复迟滞，进而引发骨不连及创面难愈合。

针对这一痛点，中国科学院深圳先进技术研究院生物医药与技术研究所副所长潘浩波研发了系列硼硅酸盐生物活性材料，可主动调控巨噬细胞、引导血管重建，最终实现软硬组织原位再生的临床目标。

回顾外科手术发展的历程，我们可以看出其发展趋势从有创转为微创，正在向无创发展，修复材料也是如此。

脊柱是人体的承重骨，近一半的骨折发生在椎体。随着聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）在临床的广泛使用，为椎体压缩性骨折病人带来了福音。这种高分子材料具有可注射、可固化、通过添加显影剂可满足微创可视化注射的临床需求。材料具有良好生物相容性，可恢复椎体高度、维持椎体力学强度，起到巩固与支撑的作用。

使用时，将固体粉剂与液体引发剂混合后即可形成可注射膏状，仅需在患处打个小孔，便能将骨水泥注入其中，一定时间后骨水泥会自动凝固稳定骨折处，无需手术取出。而在固化时，骨水泥还会释放热量，麻痹周围神经，起到患处镇痛的作用。

但这种传统骨水泥在发挥作用的同时，也存在一定缺点：弹性模量较高，缺乏活性不能与骨融合；时间长了会出现松动，并存在引发原位再骨折的风险。为了给患者提供更安全、舒适、有效的修复材料，潘浩波团队踏上了为骨水泥补偏救弊的科研路。

时间来到2007年，那时的潘浩波还在香港大学从事研究工作。一次，他照例给一条自然死亡的海豚做骨密度检测时发现，这条相当于人类80岁高龄的海豚，其骨结构相当完整，且完全没有骨质疏松的迹象——这个发现引起了他的注意。

在和相关海洋专家沟通后，他发现这或许和海洋的碱性环境，以及海水中高含量的锶有关。首先，微碱性的环境能够促进干细胞成骨分化。其次，锶有助于血管新生，修复细胞功能的作用。在二者的双重作用下，海洋动物便能修复自身的骨代谢失衡，因此几乎不会出现骨质疏松症。

基于这一发现，潘浩波团队在PMMA材料基础上，添加可降解生物活性玻璃，并加入锶、镁等微量元素，可实现材料离子释放在局部产生微碱性调控细胞活力，通过功能离子的长效释放可促进材料周围血管形成和骨长入，因此研发出生物活性玻璃复合PMMA骨水泥。这一研究成果也于2022年登上了ACS Appl. Mater. Interfaces。

 论文截图（图源：中国科学院深圳先进技术研究院）

潘浩波向橙果局介绍：“活性骨水泥不仅保留了传统骨水泥可微创操作、镇痛等特点以外，还具备了调控病理微环境、促进血管化形成、实现干细胞定向分化的优势。而这三大优势共同作用，能够进一步促进了患处再生修复。

要使患处再生，首先就得激活患处可用细胞。潘浩波举了一个形象的例子：“要过河打仗，纵使有雄兵百万，没有桥也束手无策。调控病理微环境就是在造桥。”

在如骨质疏松这种恶劣微环境下，大量细胞会出现坏死，而就算是正常细胞，其功能也无法得到完全的开发利用。活性骨水泥能够通过离子作用，在患处维持细胞稳态，从而让更多健康细胞为“医生”所用。

并且，材料在降解过程中释放出功能离子，可促进血管、骨骼、皮肤的修复再生。活性骨水泥的这一特性标识其应用不只局限于骨科，在创面修复领域也能发挥作用。

PMMA基活性骨水泥（图片来源： 中科海世御）

但由于创面修复时间与骨修复时间不同，活性骨水泥的降解时间也需做适当调整。潘浩波团队发现，硼和硅的比例能够调控材料降解的速率，进而实现患处定制，满足不同环境下对材料的需求。他表示：“目前活性骨水泥已经能够随患者需要进行个性化适配，未来还可用于关节置换、牙齿填充等方向。”

2013年，在中国科学院深圳先进技术研究院孵化下，以活性骨水泥为核心技术的中科海世御成立了。

短短10年时间，中科海世御不仅建成了属于自己的1000平方米万级洁净车间，还推动生物活性PMMA骨水泥进入到了临床试验阶段，同时，多款活性骨水泥衍生产品也在进一步市场化。其中，生物活性3D打印大块骨修复体系列是潘浩波目前科研的重点方向。

 1000平方米万级洁净车间（图片来源：中科海世御）

个性化精准医疗为骨修复研究提供了新的方向和机会。活性骨水泥虽能促进再生，但面对需要大面积“无中生有”的情况，如遭受大块骨缺损的患者，其修复能力也略显吃力。

为满足这一类患者的健康需求，中科海世御将活性骨水泥与3D打印技术相结合，推出了个性化生物活性3D打印骨修复体，即采用活性骨水泥为原材料，个性化3D打印患者缺损或严重破损的骨骼，并植入其体内，加速骨修复。目前该项目已进入临床前评价。

除生物活性3D打印大块骨修复体系列之外，潘浩波团队也正在积极开发、推广活性骨水泥的预防功能。当前很多患有骨质疏松症的老年人，虽然还未出现骨折的情况，但其骨骼却早已“千疮百孔”。

对此，他表示：“可以通过活性骨水泥进行加固并修复，从根源预防骨折。”目前这一想法已获得多家知名医院以及行业领域专家认可，已完成临床试验，未来将得到进一步推广。

关于活性骨水泥的市场化，潘浩波认为这是必然的：“科研与市场并不是两条平行线，不断交织才能碰撞新的火花。”

当然，这只是他致力于将活性骨水泥推入市场的第一层原因。

尽管在1902年，Otto Rhöm成功合成了PMMA，但骨水泥也是近几十年才作为医用材料进入国内。起步晚、应用时间短，使传统骨水泥的研发、生产一直被海外企业所垄断，国产品牌竞争力越发式微，这是我国医疗工业化无法忽视的痛点之一。

潘浩波想通过活性骨水泥的市场化，为国产骨水泥品牌在国际舞台打响第一枪。这也是他在科研过程中，愈发重视活性骨水泥市场化的另一层原因。

医疗器械国产化不能仅局限于中低端产品，也需要靠实力赢得话语权。未来，潘浩波还将继续推进骨水泥材料的国产化进程，让好的专利成为医生对抗疾病的武器。