大約在20年前，Bob Pilliar教授開始尋找合成骨的替代材料。一度，塑料、金屬和陶瓷都曾經被認為(wei) 是可用於(yu) 關(guan) 節置換的最新和最好的材料，但是它們(men) 對患者的疼痛緩解和活動能力的恢複是有前提的，那就是這些材料不能持久。Pilliar被稱為(wei) 加拿大的陶瓷材料之父。

如今，通過與(yu) 另外兩(liang) 位研究者攜手，已經成為(wei) 多倫(lun) 多大學牙醫學院、生物材料與(yu) 生物醫學工程學院名譽教授的Pilliar找到了可以用來製造未來植入物的天然成分。要取代人造的膝關(guan) 節和髖關(guan) 節，他的部件必須是生物降解、持久和針對患者的特點量身定做的。

最終，研究人員們(men) 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(yu) 人類骨骼中同樣的礦物成分組成的，它來自美國種子巨頭孟山都公司已經放棄開發的一種可降解生物材料。經過一番研究，Pilliar和他的同事們(men) 相信自己已經找到了可以創建骨骼替代材料的正確化合物，在此之後他們(men) 需要的隻是找到合適的製造方式。

為(wei) 此，一位年輕的機電一體(ti) 化工程師Mihaela Vlasea接下了這個(ge) 任務。她是增材製造領域中的高手。她根據這一材料的特點和要求，專(zhuan) 門開發出了一台定製的3D打印機。據了解，這台設備有一個(ge) 雙門冰箱那麽(me) 大，它使用紫外線來將磷酸鈣粉末粘結在一起。使用這台機器，Vlasea以針尖大小的精度在植入內(nei) 部製造管道和空腔。

形象地說，這種3D打印的骨骼植入物就像一個(ge) 蟻丘，其內(nei) 部布滿了用於(yu) 運送養(yang) 分的管道網絡，而且這個(ge) 網絡的出口就是植入物表麵的一個(ge) 個(ge) 小孔。一旦植入，人體(ti) 的骨細胞就會(hui) 在散播開來，並與(yu) 骨骼結構機械互鎖在一起。

“我們(men) 在該部件內(nei) 部安排細孔的方式基本上能夠使自然骨在植入物內(nei) 以不同的速率生長。”她說，並補充稱該方法也可以應用於(yu) 設計燃料電池和牙科植入物。

隨著時間推移，聚磷酸鈣被人體(ti) 吸收，而患者的組織和細胞則長成了人工植入物的形狀。“我們(men) 希望能夠用它來代替人工關(guan) 節，和拜托所有的金屬材料。但是在短期內(nei) ，我們(men) 還隻能嚐試用它來代替小塊的骨頭。”Pilliar教授說。“如果我們(men) 獲得成功，再進一步嚐試用它來生成更大的關(guan) 節。

除此之外，Pilliar教授也在開發人類軟骨的替代物，如果成功，對於(yu) 眾(zhong) 多的關(guan) 節炎患者來說無疑是一大福音。

與(yu) 我們(men) 的常識不同，關(guan) 節炎患者實際上並不隻限於(yu) 城市裏的老年人。這種疾病主要是由外傷(shang) 、畸形的關(guan) 節或運動損傷(shang) 引起的。目前由於(yu) 軟骨細胞不能再生，對於(yu) 它的治療手段十分有限。

"現在，如果關(guan) 節受損的話，是沒有真正的治療手段是可以刺激其修複的。”Mount Sinai醫院的病理學和實驗室醫學主任Rita Kandel：“最終，你隻能依靠用金屬和塑料材質製成的替代物。”

作為(wei) 這一骨骼項目的三個(ge) 主要研究者之一，Kandel曾經與(yu) Pilliar教授和多倫(lun) 多大學的研究員Marc Grynpas共同合作了二十多年。

據她說，當今這種統一規格的植入物的使用壽命在20到30年之前，在此之後就需要再動手術來更換新的植入物。Kandel希望通過使用患者自己的組織和細胞打造的“生物關(guan) 節替換物”來解決(jue) 這個(ge) 問題。

為(wei) 此，Kandel嚐試從(cong) 患者的骨髓中提取幹細胞，然後在實驗室裏重新編碼，培養(yang) 成不成熟的軟骨細胞。這批細胞經過幾個(ge) 星期的時間之後成熟，研究人員將其層積在滑鐵盧大學3D打印的鈣磷酸鹽植入物上並使其生長。據了解，該植入物一旦通過手術植入體(ti) 內(nei) ，就能夠自然地發揮功能，甚至可以治愈自己。

Kandel將其稱為(wei) “生物性重鋪表麵（biological resurfacing）”，該技術進一步降低了植入物在植入人體(ti) 之後遭受排異反應的可能性。“如果你使用患者自己的細胞的話，它們(men) 就不會(hui) 被人體(ti) 認為(wei) 是外來的異物。”她說並補充稱這種新型的治療手段可以從(cong) 根本上阻止關(guan) 節炎的發展。

雖然這種定製植入物可能的價(jia) 格到現在還不得而知，但Kandel預期該產(chan) 品商業(ye) 化之後會(hui) 更加便宜，因為(wei) 其使用的原材料價(jia) 格很低。此外，她估計這類新型的人工關(guan) 節“生物替代物”在未來十年之內(nei) 將得到廣泛應用。

與(yu) 此同時，研究人員們(men) 正在通過動物試驗來測試使用這種新方法修複小骨替代品德可行性，他們(men) 預計這一研究將還要持續兩(liang) 年。