脫胎換骨的醫術

安行

骨骼損傷怎么辦？

幾千年來，骨骼傷害屢見不鮮，骨缺損一直都是困擾骨科醫師的一大難題，人們一直在研究使用什么樣的材料來修復受損的骨頭。有證據表明，早在新石器時期的秘魯和古埃及就已經有骨骼修補技術了！但那時還沒有高超的醫術，使用的都是黃金和鐵等其他材料來做填充物，而不是真正的骨頭。

當今社會，骨外科的醫生十分需要一種像骨骼一樣的材料，來替代發生病變或被撞傷損壞的骨骼，希望能讓患者的受傷部位盡可能地恢復原有的功能。幾個世紀以來，人們嘗試了眾多不同的修復方法并公認自體骨移植是治療骨缺損的有效方法。但是，由于某一些部位損傷嚴重，缺失較大，從人體自身提取移植的骨頭， 往往不能夠滿足被替代部位骨骼的移植要求。而且，從健康的人體部位切割骨頭，患者還須經受另一次的額外手術打擊，有手術疼痛及感染的風險，往往對人體的傷害較大。

當人們意識到自體骨移植的種種缺點后，就不斷地探索將新材料用于修復骨缺損。因此，廣大醫師及科研工作者長期致力于尋找一種合適的材料來替代自體骨，后來，異體骨移植就成為了骨傷骨病治療中常用的重要手段。

異體骨移植術

異體骨移植是指把取自動物或他人的骨骼，移植到病患的身上。這種移植術首創于動物骨頭移植。

17世紀，一位名叫巴特林的人，頭部被一把劍擊中，外科醫生把一塊狗骨頭移植到他的頭骨上，修復了傷口。他活了下來，卻被他的教會逐出教會，因為教會認為他不再是完整的人類。為了不被看成是另類，巴特林要求外科醫生把狗骨頭取出來。可是，當外科醫生嘗試取狗骨頭的時候，發現巴特林的頭骨已經在周圍再生了。從這個角度來看，這是世界上第一次成功的動物骨頭移植手術。

后來，醫學技術不斷發展，當今社會已經開始使用人體骨頭作為骨移植材料。和動物骨頭移植相比，人類骨移植是目前骨骼移植的最好材料，已被廣泛采用。

異體骨移植會出現排異反應，為了避免風險，除了自體骨骼移植外，捐獻者的骨細胞不可以在受捐者體內存活。

異體骨移植前都要對骨頭進行去抗原處理

移植排異反應

把異體骨頭移植到人體內，首先要克服不同機體移植所帶來的強烈免疫排斥反應。這也是影響成骨并導致移植失敗的一個重要原因。

因此，異體骨移植前都要對骨頭進行去抗原處理。研究指出，經低溫保存、急速冷凍的骨骼，可以保持骨骼硬度，還能較大程度上避免病人因異體移植而產生的排異反應。但冷卻處理法并不能完全排除免疫反應，只是以慢性排斥反應為主。

小貼士

排異反應

排異反應是異體組織進入有免疫活性的宿主體內后，會被宿主作為“異己”并受到其免疫系統的攻擊，這種供受體之間的白細胞抗原的差異所引起的免疫反應是導致骨移植失敗的主要原因。

相比之下，與冷處理相反的高溫加工法會更徹底地清除骨頭間的排斥抗原性。然而弊端在于，經過高溫處理后，骨頭雖然沒有了抗原性，但骨頭內的可誘導細胞分化為軟骨細胞及成骨細胞，最終形成軟骨組織和骨組織的成分也被破壞掉了，這樣的動物骨頭移植到人體后雖然不會相互排斥，但它只是起到了一個橋梁作用，本身沒有誘導細胞生長的作用，因而不能和人體很好地融為一體。因此這種做法只適用于極小的骨頭移植術。

為了解決這些問題，一種重新組合異種骨的方法被研究了出來。這種方法在處理骨頭時分兩步走：首先，在常溫下從骨頭的皮質骨中取出骨形成蛋白（生長因子），然后再將骨頭的其余部分進行脫蛋白處理。進行脫蛋白處理后，這根動物骨頭就不會再有抗原性了，并且骨頭內有許多的小孔，就像小蜂窩一樣。再將事先取出的骨形成蛋白重新植入這些待移植骨頭，經過這樣一系列的過程，能夠用于移植手術的骨頭就加工好了。

由于骨頭內既沒有抗原物質，同時又有生長因子，這塊骨頭一旦被移植到人體內，生長因子就會像磁鐵一樣誘導病人體內骨細胞移到這塊骨頭上生長，而同時這塊動物骨頭自身還會不斷降解。就這樣一邊降解，一邊誘導新骨生成，大約經過八九年左右，植入的骨頭就會完全消失了，同時新的骨頭則已完全長成了。這種方法不僅具有高效的成骨活性，而且不會引起免疫排斥反應，可以說是一種成熟的骨骼移植術了。

移植骨與受體骨的結合

說到這，大家可能會問了，那是用什么來連接病人骨骼與移植骨的呢？總不能用膠水吧？是的，不能用膠水，使用的材料必須是人體能接受的，安全無害的連接基質，而這種基質就是之前提到的成骨誘導成分，叫做脫鈣骨基質，簡稱DBM。

DBM是一種是由膠原蛋白、非膠原蛋白以及較低濃度的生長因子（如骨形成蛋白）等組成的復合物天然骨移植材料，主要取材于人或動物（豬、牛、狗、兔等）的顱骨、股骨干和脛骨干。它具有低抗原，能被新骨替代，尤其是誘導成骨活性等特點。

為了制作它，技術人員會將骨頭磨碎，然后用酸除去鈣。剩下的是一種精致的白色代糖粉，由刺激骨骼生長的骨形成蛋白組成。這些骨形成蛋白會與干細胞進行交流，隨后干細胞會分裂和復制成為具有不同功能的新細胞。

在體內，DBM是指導干細胞轉化為皮膚細胞、腦細胞和骨細胞的信號。為了增加粘合性，在臨床上更加便于使用，骨形成蛋白會被混合到石膏中，然后涂在需要鼓勵生長的骨頭上。

在外科手術中，DBM對于填充骨缺損，實現正常的解刨關系，恢復功能，橋接縫隙等都有很好的療效。它在每一個骨移植手術中都扮演著重要的角色。比如，口腔外科醫生會將其植入患者退化的下顎骨中，使下顎骨重新生長，足以支持種植牙;它也可以用來填補脊柱融合手術中椎體之間的間隙，以減輕椎間盤突出患者的疼痛;而當骨科醫生移植長段骨頭時，他們會沿著移植骨的接縫作為粘貼劑。外科醫生形容說，DBM就是“編織”在移植骨骼上的腳手架。

等待檢驗和分發的脫鈣骨基質

一個病人的3D打印骨骼

3D打印技術與骨骼移植

骨骼破損有多種情況，比如破損部位并不是整齊劃一的。為了準確地連接替換骨骼，外科醫師需要精確地繪制出需要替換的部分。于是，科學家又研制出了骨頭的3D打印技術，這項技術會為精確地切割骨骼提供指南。

3D打印技術是組織工程學的一種高速仿形技術，是以計算機三維設計模型為藍本，利用激光引導、噴墨打印等技術，將生物材料通過逐層堆積粘結，疊加塑型，最終形成仿真的骨骼形狀。3D打印技術可以讓醫生為每一個病人專門定制植入骨。打個比方，假如一個有顱骨缺陷的病人需要治療，醫生就可以掃描他的顱骨，然后打印出一個和病人的受傷位置相同的尺寸和形狀的顱骨型號。

不僅如此，這項3D打印技術還研發出了除異體移植骨之外的人工骨“超彈骨”，它是一種新的3D打印合成材料，是由有彈性的陶瓷制成的，內含牙齒和骨骼內中發現的礦物質以及聚合物。即使擠壓它，它也會彈回原來的形狀。這種材料的制成前是液體狀，可以打印成醫生需要的各種形狀，也可以沉淀在任何一種材料上，有很強的可塑性。

和一般昂貴、太脆弱難以塑型、又擔心排斥的骨移植不同，“超彈性骨骼”價格低廉，可打印出許多形狀，并依照需求切割、摺疊、接合，彈性好且強韌，在手術室也能簡單快速地使用。目前臨床正在積極地使用這種新科技，研究人員希望能在脊椎、牙齒、重建和骨癌手術時使用這種人工骨骼，替病患提供量身訂做的骨骼移植，以給病人帶來更好的療效。