大約在20年前，BobPilliar教授開(kāi)始尋找合成骨的替代材料。一度，塑料、金屬和陶瓷都曾經(jīng)被認為是可用于關(guān)節置換的最新和最好的材料，但是它們對患者的疼痛緩解和活動(dòng)能力的恢復是有前提的，那就是這些材料不能持久。Pilliar被稱(chēng)為加拿大的陶瓷材料之父。

　　如今，通過(guò)與另外兩位研究者攜手，已經(jīng)成為多倫多大學(xué)牙醫學(xué)院、生物材料與生物醫學(xué)工程學(xué)院名譽(yù)教授的Pilliar找到了可以用來(lái)制造未來(lái)植入物的天然成分。要取代人造的膝關(guān)節和髖關(guān)節，他的部件必須是生物降解、持久和針對患者的特點(diǎn)量身定做的。

　　最終，研究人員們找到了一種以磷酸鈣形式存在的有效配方。這種粉末是由與人類(lèi)骨骼中同樣的礦物成分組成的，它來(lái)自美國種子巨頭孟山都公司已經(jīng)放棄開(kāi)發(fā)的一種可降解生物材料。經(jīng)過(guò)一番研究，Pilliar和他的同事們相信自己已經(jīng)找到了可以創(chuàng )建骨骼替代材料的正確化合物，在此之后他們需要的只是找到合適的制造方式。

　　為此，一位年輕的機電一體化工程師MihaelaVlasea接下了這個(gè)任務(wù)。她是增材制造領(lǐng)域中的高手。她根據這一材料的特點(diǎn)和要求，專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)出了一臺定制的3D打印機。據天工社了解，這臺設備有一個(gè)雙門(mén)冰箱那么大，它使用紫外線(xiàn)來(lái)將磷酸鈣粉末粘結在一起。使用這臺機器，Vlasea以針尖大小的精度在植入內部制造管道和空腔。

　　形象地說(shuō)，這種3D打印的骨骼植入物就像一個(gè)蟻丘，其內部布滿(mǎn)了用于運送養分的管道網(wǎng)絡(luò )，而且這個(gè)網(wǎng)絡(luò )的出口就是植入物表面的一個(gè)個(gè)小孔。一旦植入，人體的骨細胞就會(huì )在散播開(kāi)來(lái)，并與骨骼結構機械互鎖在一起。

　　“我們在該部件內部安排細孔的方式基本上能夠使自然骨在植入物內以不同的速率生長(cháng)。”她說(shuō)，并補充稱(chēng)該方法也可以應用于設計燃料電池和牙科植入物。

　　隨著(zhù)時(shí)間推移，聚磷酸鈣被人體吸收，而患者的組織和細胞則長(cháng)成了人工植入物的形狀。“我們希望能夠用它來(lái)代替人工關(guān)節，和拜托所有的金屬材料。但是在短期內，我們還只能?chē)L試用它來(lái)代替小塊的骨頭。”Pilliar教授說(shuō)。“如果我們獲得成功，再進(jìn)一步嘗試用它來(lái)生成更大的關(guān)節。

　　除此之外，Pilliar教授也在開(kāi)發(fā)人類(lèi)軟骨的替代物，如果成功，對于眾多的關(guān)節炎患者來(lái)說(shuō)無(wú)疑是一大福音。

　　與我們的常識不同，關(guān)節炎患者實(shí)際上并不只限于城市里的老年人。這種疾病主要是由外傷、畸形的關(guān)節或運動(dòng)損傷引起的。目前由于軟骨細胞不能再生，對于它的治療手段十分有限。

　　”現在，如果關(guān)節受損的話(huà)，是沒(méi)有真正的治療手段是可以刺激其修復的。“MountSinai醫院的病理學(xué)和實(shí)驗室醫學(xué)主任RitaKandel：”最終，你只能依靠用金屬和塑料材質(zhì)制成的替代物。“

　　作為這一骨骼項目的三個(gè)主要研究者之一，Kandel曾經(jīng)與Pilliar教授和多倫多大學(xué)的研究員MarcGrynpas共同合作了二十多年。

　　據她說(shuō)，當今這種統一規格的植入物的使用壽命在20到30年之前，在此之后就需要再動(dòng)手術(shù)來(lái)更換新的植入物。Kandel希望通過(guò)使用患者自己的組織和細胞打造的”生物關(guān)節替換物“來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。

　　為此，Kandel嘗試從患者的骨髓中提取干細胞，然后在實(shí)驗室里重新編碼，培養成不成熟的軟骨細胞。這批細胞經(jīng)過(guò)幾個(gè)星期的時(shí)間之后成熟，研究人員將其層積在滑鐵盧大學(xué)3D打印的鈣磷酸鹽植入物上并使其生長(cháng)。據天工社了解，該植入物一旦通過(guò)手術(shù)植入體內，就能夠自然地發(fā)揮功能，甚至可以治愈自己。

　　Kandel將其稱(chēng)為”生物性重鋪表面（biologicalresurfacing）“，該技術(shù)進(jìn)一步降低了植入物在植入人體之后遭受排異反應的可能性。”如果你使用患者自己的細胞的話(huà)，它們就不會(huì )被人體認為是外來(lái)的異物。“她說(shuō)并補充稱(chēng)這種新型的治療手段可以從根本上阻止關(guān)節炎的發(fā)展。

　　雖然這種定制植入物可能的價(jià)格到現在還不得而知，但Kandel預期該產(chǎn)品商業(yè)化之后會(huì )更加便宜，因為其使用的原材料價(jià)格很低。此外，她估計這類(lèi)新型的人工關(guān)節”生物替代物“在未來(lái)十年之內將得到廣泛應用。

　　與此同時(shí)，研究人員們正在通過(guò)動(dòng)物試驗來(lái)測試使用這種新方法修復小骨替代品德可行性，他們預計這一研究將還要持續兩年。