可降解蠶絲螺釘能夠利用其在人體環(huán)境中發(fā)生酶解的特性，實現(xiàn)人體功能修復(fù)的同時逐漸降解，并最終不在體內(nèi)殘留，進而避免了二次手術(shù)取出的麻煩。該螺釘是世界上首款實現(xiàn)人體內(nèi)應(yīng)用的可降解醫(yī)用蠶絲骨釘，標志著人體內(nèi)固定領(lǐng)域開啟了蠶絲應(yīng)用的新時代。

堅硬的金屬材料一直是骨折后內(nèi)固定手術(shù)的首選，但患者傷口愈合后取出金屬內(nèi)固定，往往需要進行二次手術(shù)。

不久前，由空軍軍醫(yī)大學西京醫(yī)院雷偉教授、馮亞非副教授團隊和中國科學院上海微系統(tǒng)所陶虎研究員團隊共同開發(fā)的可降解蠶絲螺釘，能夠利用其在人體環(huán)境中發(fā)生酶解的特性，實現(xiàn)人體功能修復(fù)的同時逐漸降解，并最終不在體內(nèi)殘留，進而避免了二次手術(shù)取出的麻煩。該螺釘是世界上首款實現(xiàn)人體內(nèi)應(yīng)用的可降解醫(yī)用蠶絲骨釘，標志著人體內(nèi)固定領(lǐng)域開啟了蠶絲應(yīng)用的新時代。

立足臨床需求 研發(fā)內(nèi)固定新材料

在長期的臨床應(yīng)用過程中，金屬材料逐漸顯現(xiàn)出三大缺陷：一是金屬內(nèi)固定往往需要二次手術(shù)取出，大大增加了患者的痛苦及經(jīng)濟負擔。二是金屬的力學強度遠遠超過骨骼，導(dǎo)致應(yīng)力遮擋，影響骨折愈合。此外，使用部分金屬材料術(shù)后無法進行CT和磁共振拍攝;即使鈦合金材料可以進行檢查，也存在明顯的偽影，螺釘周邊模糊一團，嚴重影響影像觀察的效果。

如何消除應(yīng)力遮擋，研發(fā)與骨骼力學匹配性更適宜的材料?如何實現(xiàn)材料在人體內(nèi)的安全降解，遠離二次手術(shù)帶來的傷害?又如何避免金屬材料偽影，讓患者不再為術(shù)后影像檢查擔憂不已?這些都是擺在醫(yī)學家和科學家面前的重大課題。

針對目前金屬材料的缺點，科學家與醫(yī)學家進行了無數(shù)嘗試，研制出了金屬鎂、無機羥基磷灰石和合成有機聚乳酸(PLA)等材料的可吸收螺釘。專家介紹，目前臨床已經(jīng)應(yīng)用的“聚乳酸可吸收螺釘”由聚乳酸材料加工而成，屬于合成有機材料。聚乳酸通常在植入體內(nèi)12—18個月后降解為乳酸，再進一步分解成水和二氧化碳，無須二次手術(shù)取出，有效緩解了患者的痛苦和經(jīng)濟壓力。而鎂合金作為體內(nèi)降解的金屬材料，具有良好的力學強度和生物相容性，用其制造的內(nèi)固定產(chǎn)品也已經(jīng)進入臨床試驗階段。但有報道稱目前的可吸收螺釘仍存在降解速度過快、螺釘周邊易發(fā)生遲發(fā)型炎癥反應(yīng)、降解部位無法實現(xiàn)骨替代長入等問題，限制了可降解材料在臨床上的推廣。

隨著材料科學技術(shù)的不斷發(fā)展，可吸收內(nèi)固定材料不斷完善，作為天然有機材料的蠶絲越來越受到科學家們的關(guān)注，而蠶絲蛋白材料也被科學家們視為最有希望的生物材料之一。

專注技術(shù)攻關(guān) 實現(xiàn)蠶絲化繭成“鋼”

中國是最早養(yǎng)蠶繅絲的國家，孕育了輝煌的蠶絲文明。現(xiàn)如今，蠶絲在醫(yī)療領(lǐng)域同樣展現(xiàn)出巨大潛能。那么，具有良好生物特性的柔軟蠶絲，能否用作堅強的骨科內(nèi)固定呢?雷偉團隊聯(lián)合陶虎團隊，歷經(jīng)多年技術(shù)攻關(guān)，成功突破了蠶絲臨床應(yīng)用的技術(shù)壁壘，研發(fā)出可降解蠶絲螺釘。

美國食品藥品監(jiān)督管理局(FDA)和我國食品藥品監(jiān)督管理總局(CFDA)先后批準蠶絲及其提取的蛋白可用于生產(chǎn)創(chuàng)傷輔料;美國環(huán)保組織環(huán)境工作組(EWG)將蠶絲評為最優(yōu)級綠色原料和產(chǎn)品。蠶絲更被證明是生物毒性極低、免疫原性極小的優(yōu)良醫(yī)用材料。

既往觀點認為，可吸收螺釘?shù)臋C械性能弱是限制其應(yīng)用的主要原因。因此，如何讓蠶絲由“柔軟”變“堅硬”是首先要解決的難題。陶虎介紹，可降解蠶絲螺釘是從溶解后的蠶絲中提取蠶絲蛋白作為原始材料，通過一系列生物制造技術(shù)制成的，這是一種區(qū)別于蠶絲紡織品的新科技材料，其制作工藝采用的也是一種新技術(shù)路線。其中，蠶絲蛋白的分子量和結(jié)晶水平是影響骨釘力學性能和降解特性的核心因素。經(jīng)過無數(shù)次試驗的失敗和堅持不懈的調(diào)試，科研人員終于實現(xiàn)了硬度與降解性的平衡，達到了體內(nèi)螺釘固定的要求。

當可降解蠶絲螺釘植入人體后，又需要它適時由“有形”變“無蹤”。馮亞非介紹，螺釘植入體內(nèi)初期降解速度極為緩慢，以保證骨折堅強固定的需求;植入1年后螺釘逐漸酶解，降解產(chǎn)物為氨基酸和多肽，可完全被人體吸收，沒有任何毒副作用。臨床前研究證實，可降解蠶絲螺釘在人體內(nèi)3年的降解率超過80%。研究表明，該螺釘性能合理，降解時間與彈性模量設(shè)計合理，可有效減少并發(fā)癥的發(fā)生。

應(yīng)用前景廣闊 未來將惠及更多患者

今年5月，患者張強(化名)不慎扭傷，造成左股骨遠端骨折。由于骨折部位靠近關(guān)節(jié)面，使用金屬螺釘固定時應(yīng)力過大，會影響骨折愈合;1年后還需要手術(shù)將金屬螺釘取出，可能造成二次創(chuàng)傷?；颊呷朐褐?，團隊經(jīng)過詳細探討病情、細致閱片后認為，該患者符合可降解蠶絲螺釘固定的適應(yīng)證。術(shù)中團隊對該患者使用可降解蠶絲螺釘固定骨折塊，術(shù)后的CT片中沒有任何偽影，可以清晰地看到骨折塊已經(jīng)完全復(fù)位，并且解除了患者二次手術(shù)取出螺釘?shù)呢摀屠_。

據(jù)悉，這已經(jīng)是第5例在西京醫(yī)院使用可降解蠶絲螺釘?shù)幕颊吡?。早在今?月，一名髖臼及股骨頭骨折的患者就在西京醫(yī)院骨科接受了蠶絲螺釘固定手術(shù)，成功實現(xiàn)了世界首例可降解蠶絲螺釘?shù)娜梭w內(nèi)應(yīng)用?；颊咝g(shù)后3個月復(fù)查時，已可以下地行走，無需借助護具保護。術(shù)后復(fù)查顯示，骨折已完全愈合，螺釘植入部位未發(fā)現(xiàn)明顯的免疫排斥反應(yīng)，體現(xiàn)出良好的生物相容性。

技術(shù)查新顯示，國際尚無蠶絲蛋白材料在人體骨科應(yīng)用的臨床實例。該項目現(xiàn)已正式通過西京醫(yī)院學術(shù)委員會和科研倫理委員會審批，進入臨床試驗階段。

“可降解蠶絲材料的研發(fā)和臨床應(yīng)用，解決了金屬內(nèi)固定的三大缺陷。”在雷偉看來，蠶絲材料所展現(xiàn)出的優(yōu)良力學性能、生物學性能和降解性能，必將為骨科植入物市場帶來新的解決方案和發(fā)展動力。未來或?qū)⑼卣箲?yīng)用于脊柱外科、神經(jīng)外科、口腔醫(yī)學等諸多領(lǐng)域，惠及更多患者。

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