破译人骨组装“暗码”“断骨再生”幻想成真

• 情况系承当的年夜连生态市扶植计划经由过程环保部构造的专家论证
• 清华研制的“同一平台平易近族笔墨文档辨认体系”获中文信息处置
• 清华机电系为我国电力体系保险稳固运转护航
• 清华深圳研讨生院发动进步电池与资料省部产学研翻新同盟
• 清华施一公教学小组探明TIPE2卵白的构造

　　骨作为人体最大的组织器官，承当着生命运动的重要职责，却最轻易引发缺损，每年稀有百万的骨组织缺损患者需要接收手术治疗。在我国这样一小我口大国，据估量，每一年因交通事变和生产平安事故而至创伤骨折、脊柱退行性疾病及骨肿瘤、骨结核等骨科疾病，形成骨缺损或功能障碍患者跨越 300万人。骨移植已成为仅次于输血的需要量最大的移动物。如何才干破解人骨“密码”，怎么找到更多更好的骨组织再生修复材料，为人类修补生命再创安康，已成为全球浩繁科学家共同的追乞降不知疲倦研究的能源。

　　历经十多年的探索与追随，由清华材料系崔福斋传授率领的研究团队终于在人骨修复材料领域获得了冲破性的结果，不但破译了人骨的组装 “暗码”，并且其研究成果在临床应用中取得了杰出的治疗后果，让人类“断骨再生”妄想成真！

无纳米仿生骨结构材料在植入12周后骨缺损无显明转变

　　纳米仿生骨材料在植入12周后既有大量骨痂造成，骨皮质根本持续，重生骨组织随时光推移逐步塑性植入12周后骨缺损无显著改变

　　团队主要研究了胶原份子的自组装与调控钙磷盐晶体生长的机理，并研究了人类骨痂的分级结构。在此基本上，依据仿生的思绪，在体外模拟生物矿化和自组装过程，发了然纳米晶磷酸钙胶原基骨修复材料。材料的孔隙率约为80%，缝隙巨细主要散布在 100～400微米。X射线衍射、原子力显微镜和高辨别率透射电镜研究成果表白，材估中羟基磷灰石晶粒尺寸约为 30纳米，生长在胶原纤维空隙，而且羟基磷灰石晶体的 c轴择优取向与胶原纤维轴向平行，这些特点与天然人骨的成分和纳米结构相同。纳米晶磷酸钙胶原基骨修复材料是国内外初次在体外人工分解出的具有与天然人骨成分和纳米结构相同的人工基骨修复材料，拥有我国自立常识产权，是生物材料领域的原始翻新，开辟了一条用自组装制备生物材料的新道路。2008年12月，“纳米晶磷酸钙胶原基骨修复材料”获2008年度国家技术创造奖二等奖。

　　破译人骨生长“密码”

　　1996年，崔福斋在与中国国民束缚军总病院骨科主任王继芳教学的交换中得悉，当初海内外的骨缺损医治存在一系列成绩，此中最主要的就是骨移植资料品质低，在临床利用中存在良多阻碍。崔福斋立即意想到该范畴研讨的重要性跟急切性，信心停止深刻摸索，盼望能在骨构造领域开拓出新六合，为患者带来新的曙光。

　　在那时，骨缺损的治疗大抵可分为自体骨、异体骨、异种骨和人工骨移植，以及最近几年来倍受存眷的组织工程骨移植。其中，自体骨移植是临床上使用最多、效果最好的方法，遗憾的是，它是一种以就义安康部位骨组织为价格的“以伤治伤”的手段，会对患者的供骨区形成新的缺损，且来源也非常无限。采取同种异体骨或异种异体骨移植，尽管克服了自体骨移植的弊病，但在临床上尚不克不及完全克服移植后的免疫反映，给患者带来了一定的苦楚。

　　有鉴于此，崔福斋发生了如许的主意：既然自体骨的修复效果是最好的，那末，我们是否经过体外人工合成的办法制备出幻想的人工骨修复材料？在李恒德院士“做材料研究要向做作界学习”的理念影响下,清华大学校园服务，崔福斋提出了人工骨合成仿生思绪，即模拟人骨的构成过程，制备成分、结构和功效与人骨相似的仿生骨再生修复材料，使骨修复效果靠近人体骨的修复效果。

　　要做出一种新材料，就必需懂得该材料在分子水平的组装规矩。但团队成员在查阅了大量相干文献后发现，因为医学、生物学与材料迷信的研究方式和重点分歧，国内外基础尚不明白“骨在分子水平上究竟是若何组装的”。由此，他们只能从最基础的骨成分、结构和生长机理等方面停止探索。

　　崔福斋带领三位博士生开端了艰难的探索路程。他们在中日友爱医院骨科大夫的辅助下，拿到了病人骨折创伤后形成的骨痂样本。借助校内已有的国际上最进步的电子显微镜、原子力显微镜等手腕，经过两年多的体系研究，终于弄清了天然骨的成分和庞杂而有序的分级结构，揭开了它的奥秘面纱，破译了人骨组装结构的“密码”，了解到人骨的基本单位是包含纳米标准上的结构有序的磷酸钙矿化的胶原蛋白。三位博 士 生 在 JournalofStructuralBiology（《结构生物学杂志》）等国际期刊上颁发了多篇重要论文。

　　体外人工合成“天然骨”

　　科研的过程，就是刚攀过一座高峰，立刻又向下一座顶峰进发。

　　明确了人骨的分级结构，但如何制备又成为一个困难，由于传统的材料工艺不成能制备出这种材料：一方面，钙磷盐生物陶瓷材料制备需要低温；另外一方面，胶原卵白在70℃以上却又会分化掉活。该合成波及在分子水平上对矿物晶体形核与长大的精致调理，和无机与无机组元的微组装，困难重重。

　　虽然仿生的思绪很明白，然而要在体外模仿生物矿化和自组装，其详细的PH值、浓度、温度等的设定却完整是未知的奥秘。探索这一神秘的过程是艰苦的，但它同时也给团队成员们带来了无限兴趣。“我们做了不计其数次实验，才真正破译了它的机理和参数，在国表里初次体外人工分解存在与人骨成份和纳米有序构造雷同的骨材料！多项专利在中国、美国获得受权。”崔福斋骄傲地说。

　　奇异的是，这种骨修复材料不只与天然人骨高度相似，而且可以做成多种外形。其力学机能与人松质骨亲近，具有精良的可塑性，医生可根据手术中的请求将其修成各类形状，让人工骨与天然骨衔接得“浑然一体”。

　　2002年，团队实现了在兔子和狗身长进行的长骨、颅骨、颌骨、脊椎骨的大量修复实验。实验证实，该材料作为修复材料具备保险有用性。同年冬季，令一切团队成员冲动的是，经由不断尽力和改良，这种骨修复材料终于经国家药品监视治理局同意，容许进入临床实验，他们看到了“断骨再生”幻想的曙光！

　　2004年春夏之交，经过 1年 4个月、近300例的人体临床实验，纳米人工骨取得国家食物药品监督管理局的三类植入产品生产注册证，成为我国首个能够在市场上公然发卖和应用的纳米医药产品。国际有名期刊NatureMaterials（《天然：材料分刊》）在专文批评中对该成果赐与了高度评估。

　　产业化远景辽阔

　　从试验室到市场，从研发到工业化，这又是一个充斥挑衅的过程。只管作为国度“863打算”项目之一，有必定的资金支撑，但要把专利运用到产物开辟中，这一转化进程还须要投入大批的人力物力资本。崔福斋坦言：“在研发最难题的阶段，我从本人的积储中拿出十多万元投入名目运转，终究度过难关。”

　　工夫不负有心人。因为纳米晶磷酸钙胶原基骨修复材料在科技含量上具有上风，价钱又低于外洋骨修复产品，堪称“物美价廉”,因而具有较强的市场竞争力。今朝，纳米晶磷酸钙胶原基骨修复材料已在中关村生物医药园建陈规模化的出产线，领有300平方米的超净车间和大型微机数字把持冻干机，生产才能到达年产量50公斤。迄今，纳米晶磷酸钙胶原基骨修复材料已在国内五十多少家医院成功临床应用逾两万例，应用过该材料的骨科医生反应其效果十分濒临自体骨。

　　据介绍，纳米晶磷酸钙胶原基骨修复材料重要应用在七慷慨面：四肢各类闭合性骨折骨缺损修复或难愈合部位骨折或开放性骨折骨缺损的二期修复；骨折耽误愈合、不愈合或畸形愈合；脊柱椎体间、横突间或椎板间植骨融会；各类辞退矫形植骨融合；良性骨肿瘤或瘤样病变切除后骨缺损修复；人工枢纽置换或翻修术中骨缺损的修复；整形内科和口腔科需要植骨添补的骨性缺损。如斯广泛的应用范畴，可发明宏大的经济和社会效益，推进我国骨性缺损医疗技巧程度的提高。

　　共同追梦，梦就不远

　　13载春夏秋冬，5000多越日出日落，几十位敢于追梦勇于贡献的科研任务者，在通往梦想的途径上走过一个又一个“驿站”。尽管在这个团队中，既丰年近花甲的老教授，也有刚步入科学殿堂的年轻人，但他们都是科研道路上布满生气的“青年”。有一个共同的梦想，就一同斗争一同努力，用聪明与汗水灌溉性命的花朵。

　　崔福斋先容说 ：“我们的团队起源普遍、人才辈出，个中有在我国材料领域最早提倡 ‘向天然界进修’的李恒德院士，有骨科威望大夫王继芳，另有年青的北年夜骨科博士、清华材料系博士后俞兴。值得一提的是，现为北京东直门医院骨科副主任的俞兴亲手做了咱们骨材料植入人体的第一例临床手术，并获胜利。大师扬长避短，一路任务。波折老是临时的，一直战胜艰苦才是我们的独特信心。”

　　声誉眼前，团队成员并不止步不前：固然这类修复材料与自然骨有很大的类似度，但他们的最新研究发明，人体骨中还有一些活体细胞和活体因子对骨组织成长起侧重要的调理感化。他们愿望经由过程更深入的研究进前进一步仿生，用到骨材猜中去，这恰是以后骨组织工程的前沿课题。