人工骨新技术：从“填充”走向“再生”

这是一个让任何人看了都会相信治疗成功的病例。一名20岁左右男子的手指骨患上了“内生软骨瘤”。骨骼出现变形，与健康状态的手指相比明显变粗。负责手术的医生去除了肿瘤，并在空洞处植入了粒状人工骨。 术后6个月。从患部的X线照片来看，人工骨的白色颗粒已不再明显。在X线照片的2维世界里，颗粒已连接成为一个平面，类似骨骼的形状开始出现。12个月、27个月之后，因病症而肿大的手指骨逐步恢复到了正常的状态。也就是说，曾经受损的骨骼开始“再生”。

与移植的效果相同

上述治疗中使用的人工骨由生产人工关节等医疗器械的风险企业--MMT（大阪市）和东芝陶瓷联合开发。在获得日本厚生劳动省的许可之后，于2003年9月以“NEOBONE”的商品名称上市。

在此之前已有各类人工骨产品问世，并在临床医疗中使用，但NEOBONE在促使骨骼再生方面具有此前没有的功能。促进再生的全部秘密就在于看上去象方糖一样的人工骨当中。

象方糖一样的白色物质由动物骨骼的主要成分--“氢氧磷灰石（Hydroxyapatite）”组成。如果用电子显微镜放大，就会清楚地看到这是一个多球状组织的聚合体。每个球状组织的直径约为150微米（微米为100万分之1米）。无数个这种球状组织均匀地连接在一起。

在连接各个球状组织的“连接部位”有一个直径约40微米的孔，看上去各自独立的球体通过孔相互贯通。这一结构正是促进骨骼再生的关键所在。

不只是人类，动物的骨骼中也流动着细胞及血液，是生成骨骼组织的一部分。此前针对伴随骨质疏松症及骨骼缺损症的关节炎患者使用的人工骨，主要着眼于修补因疾病而受损的骨骼。而这些以“骨填充”为着眼点的人工骨容易与患者身体相互排斥，已经出现了不少术后病状恶化的现象。

而NEOBONE则是通过连接部将细胞及血液等活体组织送入骨骼内部、促进骨骼再生。其思路不是填充受损的骨骼，而是诱导在体内的自然变化能够在人工骨上发生。

大阪大学研究生院医学系研究科医师名井阳（整形外科）表示，“NEOBONE与移植患者本人骨骼一样，有望获得良好效果”。虽然从患者身上取出骨骼并移植到其它部位的治疗方法被广泛采用，但也存在不少缺点，比如神经损伤、并发症的危险以及相互排斥等。而使用NEOBONE则不存在这些危险。

NEOBONE的开发源于一次偶然的发现。

1999年1月，MMT社长真崎修为寻求人工骨的新思路，与大阪大学的越智 隆弘教授一起拜访了茨城县筑波市的研究机构。但是，未能达到当初预想的目的，两人已经打算放弃了。

正是这个时候，越智教授拿起这家研究机构办公室内的一样东西，一边看一边自言自语道，“这个或许能够生成骨骼”。越智教授在征得该研究机构研究人员的同意后给这件东西上浇了些水。结果，好像被吸进去一样，水渗入了内部。

洗涤滤芯的启示

其实，这其实是半导体洗涤流程中使用的滤芯。它是一种极微小组织的聚合体，内部有无数个小孔。越智教授凭直觉发现这种材料非常适合于人工骨骼，于是立即决定与MMT之间进行联合研究。

由于越智教授偶然发现的滤芯的生产厂商是东芝陶瓷，所以东芝陶瓷也参与了这一研究项目。除滤芯外，该公司在绝热材料及吸音材料等领域的陶瓷加工领域也具有丰富的经验。这些材料均具有内含无数个微孔的称作“多孔体”的结构，是一种开发人工骨骼不可或缺的技术。

此后，为了将在将陶瓷加工中培养出来的技术应用于医疗领域，上述公司与院校进行了多次试验。为了能够形成骨骼，研究人员希望增加球状组织，但这种组织过多就会失去强度。细胞及血液的通道--连接部也必须确保相应的大小。在尝试了各种组合之后，逐步确定了球状组织的大小、重量及连接部通孔直径。

生产NEOBONE的流程如下。首先，使泡状的氢氧磷灰石产生一定的化学反应，并在内部含有空气的状态下进行烧结。这样一来，原来有空气的地方就形成了球状组织。而且，会形成如肥皂泡紧帖在一起的连接部。

目前，人工骨的日本国内市场规模为大约50亿日元（约合人民币3.3亿元）。随着高龄化的进展，预计今后需要进行骨治疗的患者会越来越多。MMT和东芝陶瓷预测3年后的NEOBONE的销售额将达到20亿～30亿日元。一项技术的开发有可能会成为市场迅猛增长的导火索。

“这就是开发中的新材料”，PENTAX新陶瓷业务部的小川 哲朗开发部长用小镊子夹着一块白色物体说。如小手指指尖大小的椭圆形物体具有象粉笔一样的触感。“请看”，小川部长说着将该块浸入了水中。这个物块慢慢地吸收水，干燥状态下很硬的物块变得像海绵一样有弹性。

新材料减轻患者的生理负担

该人工骨的特点在于其结构。成分为氢氧磷灰石以及蛋白质的一种--骨胶原。PENTAX将氢氧磷灰石的结晶和骨胶原的纤维合成在一起，形成了类似人体骨骼的结构。

组合两种材料是为了发挥与人体类似的作用。在人类的骨骼中，一种名为骨芽细胞的细胞会生成新的骨骼，并由破骨细胞则吸收老化的骨骼。形成和吸收同时进行的这一机制被称作“骨骼重构（Remodeling）”。通过在人工骨中加入骨胶原，就可以获得容易诱发骨骼重构的效果。

如果将这一人工骨植入骨缺损部位，在骨骼重构的作用下，氢氧磷灰石和骨胶原被吸收，同时促进新骨的形成。“人工物质自然地变成骨骼，这样就会实现骨骼的再生”。

在研究人员以动物为对象进行的试验中，2cm左右的缺损部位在植入人工骨后，大约用了半年时间就出现了几乎与周围骨骼一模一样的完美恢复。由于试验中获得了理想的结果，更加促进了面向人体的实用化研究。

PENTAX从上世纪七十年代起开始研究人工骨，并从1985年起正式进军人工骨市场。迄今为止，取得了骄人的实绩，头盖骨5000例、颅骨7万例、耳骨3万例等，占居日本国内市场份额的近40%。由于以前的产品以骨填充为主，所以目前PENTAX则开始着手与人体更有亲和性的人工骨的开发。该公司的目标是2005年上市目前正在开发的新一代人工骨，在5年后将销售额扩大到20亿日元。

目前，在骨骼缺损等的治疗中，移植患者自身骨骼的方法大约占70%。剩余的30%为使用基于陶瓷等材料制作的人工骨。由于骨骼移植对患者身体造成的负担较大，因此人们对促进骨骼再生的人工骨给予厚望。可以预计，各公司竞相开发的人工骨必将成为再生医疗的主角。