中华医学信息导报|科技奖专题｜基质微环境骨重建理论体系、关键技术及转化应用研究
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【中华医学信息导报|科技奖专题｜基质微环境骨重建理论体系、关键技术及转化应用研究】骨缺损救治一直是临床治疗的难点之一 ， 自体骨是植骨的金标准 ， 但属于有创修复模式且来源有限 。 我国每年约有1000万例患者需植骨且呈逐年递增趋势 ， 但目前自主研发符合现有标准的植骨材料仅能满足6%的需求 ， 缺口巨大 。 陆军军医大学的董世武教授带领团队开展了“基质微环境骨重建理论体系、关键技术及转化应用研究” ， 历经14年 ， 针对骨缺损救治 ， 从构建骨再生微环境角度出发 ， 应用组织工程化技术 ， 完成了基础理论创新、新材料关键技术攻关、规范和标准化建立及临床推广应用 ， 该项目荣获2019年中华医学科技奖医学科学技术奖二等奖 。
理论创新
传统理论认为 ， 组织工程骨是通过种子细胞直接发挥成骨作用的 。 项目组研究发现 ， 组织工程骨成骨效果的决定性因素是种子细胞所分泌细胞外基质 ， 通过系列信号分子募集宿主细胞 ， 调控成骨-破骨血管化平衡 ， 从而促进成骨 。 种子细胞在体外培养时分泌的细胞外基质具有募集宿主细胞参与成骨的活性而赋予支架材料显著的成骨诱导特性 ， 项目组据此提出了“基质微环境骨重建”新机制 ， 认为活性基质成分是组织工程骨成骨能力的关键因素 ， 是启动宿主骨形成相关细胞参与骨修复的“开关”因子 。 项目组建立了“软骨内成骨基质微环境”促进骨修复方案并阐明其分子机制；率先将修复微环境中“破骨”促血管和成骨概念引入组织工程骨构筑技术 ， 提出“调控破骨功能 ， 成骨+血管+塑形”的整体修复理念；建立了基于基质材料-细胞界面的三维成骨微环境 ， 阐释了基质三维微环境对多类修复细胞行为的影响及其调控机制 。
技术创新
项目组依据“基质微环境骨重建”理论创立了三大关键技术 ， 创立了干细胞富集、基质依赖型组织工程骨及生物活性椎间融合器三大关键技术 ， 成功研制出三种不同用途的高生物活性骨修复产品 ， 突破了自体活细胞依赖的实验室制备模式的制约 。 （1）项目组率先研发了具有高活性成分的皮质骨花、皮质骨屑 ， 结合活细胞富集技术 ， 可在手术中即刻将自体骨髓中富含的干细胞和细胞因子浓缩在支架材料上 ， 用于大段骨缺损修复 ， 能高效募集宿主体内修复细胞 ， 取得显著治疗效果 。 （2）项目首次提出“基质依赖型组织工程骨”概念 ， 通过程序化冷冻干燥的专利技术 ， 既可将组织工程骨内的生物活性成分保留下来 ， 又有效解决了储运瓶颈 。 （3）项目组发明了滑动燕尾槽加锚定骨钉拼接专利技术 ， 突破了加工瓶颈 ， 制备了国内外首款表面活化的解剖型同种异体脊柱椎间融合器 ， 具有良好的力学性能 ， 临床证实其融合率与效率明显优于常规的PEEK材料椎间融合器 。
建立规范化治疗模式并推广应用
针对传统骨缺损治疗手段存在的不足 ， 在前期个体化组织工程骨临床实践基础上 ， 项目组提出“将难以控制的骨感染转化为可以解决的骨缺损修复”的创新理念 ， 探索出了简便高效的膜诱导技术骨重建策略 ， 使骨缺损修复更快 ， 并发症发生率更低 ， 患者痛苦更小 。 项目组率先将组织工程骨和骨髓富集技术应用于感染性骨缺损的临床治疗 ， 利用诱导膜营造“成骨微环境” ， 有效解决种子细胞生存的“土壤”问题 ， 并以此建立了规范化治疗模式 。
本项目为感染性骨缺损患者提供了全新治疗技术策略 ， 也为临床组织工程骨的广泛应用奠定了基础 ， 解决了制约组织工程产品产业化的诸多瓶颈 。 研发的产品经过多家医疗机构的应用 ， 显现出较目前常规产品更优异的成骨疗效 ， 为骨缺损患者、尤其是大段骨缺损的患者带去了福音 ， 解决了疑难的临床问题 ， 降低了伤残率 ， 减轻了家庭和社会的经济负担 ， 同时助力了企业的高新技术改造升级 ， 提升了我国组织工程新技术、医学新材料应用的发展 ， 显现出良好的社会效应和经济效益 。
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