从珊瑚研究获得灵感，推动骨骼修复技术革新！
从珊瑚研究获得灵感，推动骨骼修复技术革新！
斯旺西大学近日发布了一项突破性研究成果：由夏志道博士领导的团队汲取珊瑚的生长特性，研发出一款革命性的 3D 打印骨移植替代品，为骨修复领域注入了新的活力。该材料采用3D打印技术，植入后能够在2到4周内实现快速骨再生，并在6到12个月内自然降解，只留下健康的新生骨骼。而且，当实现大规模生产时，其成本效益尤为突出。
3D 打印材料植入体内 4 周后的图像，照片由扫描电子显微镜拍摄（图片来源：夏志道博士）
这项极具开创性的研究由斯旺西大学医学院的夏志道博士（Dr. Zhidao Xia）牵头，联合科学与工程学院的研究人员及多家外部合作伙伴共同推进。目前，该技术已成功申请专利，并在国际知名学术期刊《Bioactive Materials》上发表相关研究论文。该技术凭借其卓越的性能和广阔的应用前景，迅速吸引了全球媒体的广泛关注。
骨骼修复面临的医学挑战
由骨折、肿瘤及不愈合损伤等疾病导致的骨缺损是全球致残的主要原因之一。尽管骨组织具备一定的自我修复能力，但随着年龄增长、疾病侵袭或缺损程度加重等因素，骨再生的速度会明显减缓。面对大范围骨缺损，传统的修复方式主要依赖于支架或骨移植物来辅助组织再生。在这种治疗方式中，医生通常采用患者自身的骨骼（自体移植物）或供体骨（通常来自于遗体捐赠的同种异体移植物）来填补缺损部位。然而，这些方法面临存在诸多局限性：自体移植物的获取不仅会给患者带来额外的创伤和痛苦，而且可供移植的骨量有限；同种异体移植物则面临着供体短缺、潜在的感染风险以及复杂的伦理争议等问题。因此，斯旺西大学的研究人员致力于开发一种创新解决方案，将天然骨的优异特性与合成材料的实用性完美融合，为骨缺损的治疗开辟新的道路。
体外和体内试验的设计（图片来源：斯旺西大学）
创新技术：受珊瑚启发的仿生材料
目前市场上大多数的合成骨移植材料，其性能难以媲美天然骨，普遍存在降解速度缓慢或者过快、与周围组织整合性差或易引发炎症等副作用。然而，斯旺西大学团队开发的新材料通过在结构和生物行为上高度模仿天然骨骼，成功克服了这些难题。
夏志道博士表示，这一发明不仅弥合了合成替代品与供体骨之间的差距，还能够创造一种安全、有效且可扩大应用范围的材料，以满足全球范围内对骨移植替代品的巨大需求。这项创新不仅有助于减少对供体骨的依赖，有效解决伦理和供应问题，还能显著提高患者的生活质量，降低医疗成本，并为生物医学行业带来新的发展机遇。
为什么选择珊瑚？
研究人员早在上世纪70年代就开始探索珊瑚作为潜在的骨移植替代品。他们发现，某些珊瑚的结构与松质骨极为相似，经过化学处理后，不仅在机械特性上与人体骨骼相同，还具备良好的生物相容性、骨传导性和可生物降解性。基于这些特性，天然珊瑚多孔碳酸钙被《国际口腔健康杂志》认定为“临床上有用的骨替代移植物材料”。但是天然珊瑚是濒危物种，在全球均禁止采收。斯旺西大学团队开发了一种新型材料，精准模仿了珊瑚转化的骨移植替代品的多孔结构和化学成分。
临床前研究成果
（左）在体内植入 4 周的 3D 打印材料的图像。照片是使用扫描电子显微镜拍摄的（图片来源：Zhidao Xia 博士）
（右）珊瑚的照片（图片来源：Jesus Cobaleda）
在夏志道博士的指导下，斯旺西大学的研究人员利用 Envisiontec 的 3D 打印技术，成功研制了一种以珊瑚为启发的骨移植物材料——羟基磷灰石/文石（HAA）。这种材料完美模仿了珊瑚转化的骨移植替代品的多孔结构和化学成分，与人类骨骼高度契合，并展现出诸多显著优势：
- 快速愈合：在临床前研究中，该材料有助于新骨在短短 2-4 周内生长。
- 完全整合：该材料在增强再生后 6-12 个月内完全自然降解，只留下健康的骨骼。
- 成本效益高：该材料与天然珊瑚或供体骨不同，更易获得，且易于大规模生产，避免了传统骨移植物的资源限制和伦理问题。
- 效果显著：在临床前体内研究中，该材料在3-6个月内完全修复骨骼缺陷，甚至在4周内触发了一层新的健康皮质骨的形成。
该研究成果突破性意义
迷你猪的植入物（图片来源：斯旺西大学）
测试结果表明，这种材料在小鼠和大型动物模型中均能成功刺激骨骼生长，通过膜内骨化的自然过程，生成的骨层厚度是对照组的 4 到 8 倍。成骨性能展现出跨物种一致的愈合模式。这一突破性成果得益于其独特的成分——接近天然骨中低结晶度的羟基磷灰石与文石形式的碳酸钙相结合，形成了一种能够支持细胞迁移生长并作为新骨骼框架的高效结构。该创新材料克服了传统合成骨移植物整合性差、降解缓慢或易引发炎症等局限，为骨骼修复提供了一种安全、高效且可扩展的全新解决方案。这项技术有望终结对供体骨的依赖，并有效解决骨移植中的伦理和供应问题，具有里程碑意义。