用玻璃修復骨骼的黑科技

方耀雪

新型玻璃嵌入人體

1999年，一名年輕男子遭遇了嚴重的車禍，眼眶底骨折，情況緊迫。眶底只是一塊小小的骨頭，厚度還不到1毫米，但卻是支撐眼球的重要梁柱。如果沒有眶底，眼球會向頭骨里陷，這會導致眼睛難以聚焦，視網膜成像模糊。

這名車禍受傷的男子就是如此，不僅視力受損，連辨認色彩的色覺也出現了問題。這名病患的工作內容包含給飛機重新布線，現在他連紅色電線和藍色電線都分不清楚，難以回到工作崗位。

在受傷后的三年中，醫生想方設法地為他重建眶底骨骼，希望可以讓眼球回到原本的位置。傷者曾嘗試過仿骨骼材料植入，也曾接受手術，從自體肋骨取骨，放置在眼眶相應位置，但這兩種嘗試都沒有成功。每次手術完成幾個月之后，就會出現感染，造成難以忍受的疼痛。最后，醫生也束手無策了。

2002年，這名痛苦不堪的患者聯系到英國國王學院面部修復專家伊恩·湯普森，希望可以在他這里求得一線生機。湯普森給出的解決方法是進行玻璃植入，將玻璃材料嵌入病人已經破碎的眼眶底骨。這個病人也成為世界上第一個以這種方式得到救治的病患。

修復骨骼的黑科技

用玻璃這樣一種傳統意義上的脆性材料來修復非常精細的眼眶底骨聽起來有悖常識。但是，這里說到的玻璃可不是普通的玻璃。

要是把制作窗子那種玻璃拿來植入人體，它會被身體的疤痕組織包裹，在身體里難以固定，來回活動，以異物的身份遭到身體的“排擠”，最終從傷口排出，或是造成炎癥感染，通過手術被帶離身體。但是，這次修復手術中使用的玻璃是生物有機玻璃，主要由硅、鈉、鈣、磷等元素的氧化物組成。生物玻璃的配料成分是仿生的，經過化合反應后，會生成一種Ca5（PO4）3（OH）（羥基磷酸鈣），而這種成分也是人和動物的骨頭的構成成分之一，比較適于骨骼修復。

將生物玻璃置于人體，它會逐步溶解，并釋放出一些離子，這些離子能夠與免疫系統對話，告訴身體細胞它們都該做些什么。生物玻璃不會被我們的身體當作外來者，它能夠與人體骨骼以及軟組織很好地結合，一方面替代部分骨骼的支撐功能，另一方面促進身體生成新的骨骼組織。

接受手術后，湯普森的病人幾乎在術后直接恢復了視力、色覺以及深度知覺。之后的15年中，他一直非常健康，眼部沒有出現任何問題。

這種生物玻璃植入技術后續一直幫助人們對抗骨病問題，車禍、事故造成的損傷不再是不可逆的了。事實上，生物玻璃比患者自體骨移植的效果更好。生物玻璃到達患處后會在溶解的過程中緩慢地釋放鈉離子，在患處起到殺菌的功能，這種溫和的抗菌方式可以有效消除感染。

統計研究發現，地震災害中超過20%的傷員從廢墟中被救出之后，需進行截肢。長期壓埋之后創面大面積潰爛，為了讓傷者活下來，只能這樣處理。而在2008年的汶川地震中，某戰地醫療隊的醫生首次使用生物玻璃這種生物活性材料控制創面擴散，促進組織再生。當時一名傷者手臂大面積潰爛，但經過這樣的治療之后，保住了胳膊。

生物玻璃的誕生與發展

生物玻璃于1969年由美國科學家拉里·亨奇發明。一個偶然的機會，亨奇在公交車上與坐在旁邊的一名從越戰戰場歸來的陸軍軍官攀談。那位軍官無奈地告訴亨奇，盡管現代醫療技術能夠在戰場上拯救更多的生命，但許多撿回了性命的士兵四肢受到永久地傷害，殘臂斷腿，醫療手段對此也無能為力。聽到這席話，亨奇深受觸動，將洲際彈道導彈的材料研究計劃擱置，轉而研究不會被身體排斥的醫用生物材料。

最后，亨奇帶著他的研究來到英國倫敦，在這里，最具革命性的生物玻璃材料誕生了，并被廣泛應用于從外科矯正手術到牙科醫療的各種醫治手段中。

在過去的十年里，外科手術中修復骨骼損傷使用的生物玻璃是粉末狀的，有點像糊墻的膩子。2010年之后，同樣的生物玻璃材料被某牙膏品牌加入牙膏成分之中，用于修復和保護牙齒。刷牙的過程中，生物玻璃溶解并釋放磷酸鈣離子，與牙齒中的礦物結合，修復損傷，保護牙齒。

現在的新型生物玻璃已經進入了彈性生物玻璃階段。經過改進后的生物玻璃材料具有更好地彈性，就如同孩子們玩的彈力球，柔韌性驚人。這樣改進的好處在于彈性生物玻璃可以被置于嚴重骨折的腿部，支撐起病人的體重，同時使得患者的行走活動不受影響，不像以前得需要鋼板和螺絲固定，活動度大受影響。同時，彈性生物玻璃還能夠刺激以及指導骨骼的再生長，自己則緩慢而自然地融入身體。

軟骨修復小能手

生物玻璃也在不斷升級進化。一種新型生物玻璃材質非常柔軟，有彈性，像是墨魚的質感。這種生物玻璃被設計用于軟骨修復。

軟骨修復一直是一道醫學難題。目前，外科醫生嘗試以微裂縫手術這種高精尖的手術過程修復股關節和膝關節的軟骨損傷。這一手術需要將受損區域下面的骨頭暴露出來，刺破組織，使得干細胞從骨髓流出，通過干細胞進行骨骼修復。但這樣做會造成軟骨傷痕，幾年后患處又會再次出現問題。

科學家們新研發出的這種生物玻璃可以通過3D打印制成不同的形狀，將其置于軟骨縫隙，細胞會接受它。這種材料保有軟骨的所有自然特性。通過實驗，科學家模擬人體的行走動作，關節彎曲及正常活動，認為生物玻璃可以完全承擔軟骨的這些功能。通過進一步的動物實驗和臨床實驗，這一材料就能真正地為骨病患者造福。

這種生物玻璃還有另外一些功能，可以幫助人們治療因腰椎肩盤突出而造成的慢性背部疼痛。目前，這類疾病的外科治療通過椎骨置換來完成，這雖然會消除疼痛，但是身體的活動度會大受影響，畢竟不是“原裝”貨。生物玻璃植入能夠打印并代替原來的椎間盤，活動度也不受影響。

小壁虎斷掉的尾巴可以再生，我們人類未來會不會也有重新長出胳膊的特異功能呢？用人造材料完全實現斷肢重建路途遙遠，但是隨著生物玻璃這樣的生物有機材料不斷發展應用，未來醫學達成這樣的治療效果可以期待。endprint