作者:沈湫莎 来源:文汇报 发布时间:2023/5/27 9:01:11
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20余年攻关找到“长骨头”的秘诀,断骨再生成真

 

骨头断了,还能再长出来吗?可以。但骨本身的“自愈力”相当有限,断口超过1毫米就无法自己长好。如何找到一种让骨头加速生长的“催化剂”呢?骨形态发生蛋白2(BMP-2)是目前已知成骨能力最强的生长因子,将其负载于骨修复材料上,能有效促进断骨再生。

华东理工大学刘昌胜院士团队经过20余年产学研协同攻关,找到了“长骨头”的秘诀,发明了“支架材料+骨生长因子”的骨修复技术,可将2-3厘米的断裂骨头修复如初。如果裂骨原本有桥接,最多可长出5厘米新骨。

昨天,这一由华东理工大学、复旦大学附属中山医院、四川大学附属华西医院、上海瑞邦生物材料有限公司等单位合作完成的“载生长因子(rhBMP-2)高活性骨修复体的创制及临床应用”项目,获得2022年度上海市技术发明奖特等奖。

从大肠杆菌出发,高效制备成骨生长“催化剂”

骨损伤患者多、危害大,植入骨修复材料是常见治疗手段。由于材料的生物活性不足,尽管已有多种材料应用于临床,但修复效果普遍不理想。

BMP-2是目前研究最为广泛、诱导成骨活性最强的骨形态发生蛋白之一。想要得到它,通常有两种方法:一种是直接从动物骨组织中提取,但物质提取含量低、纯度低且工艺复杂,甚至存在动物病原体感染风险;另一种则是通过基因工程重组技术,从哺乳动物表达系统CHO细胞中制备,但成本高、产量低。刘昌胜团队偏偏“不走寻常路”,他们创造性地从大肠杆菌原核表达出发,探索出一条规模化制造高活性BMP-2的新方法。

“生物工程学就像搭积木,BMP-2的蛋白质结构我们能看得一清二楚,可以利用基因重组技术把‘房子’搭出来,但如何给房子通上水电,也就是构建重组蛋白高产菌,建立科学的质控体系,是这项技术难点所在。”刘昌胜说。

这个问题困扰了团队很长时间。经过10余年不断试错和探究,团队终于突破了利用大肠杆菌生物制造高成骨活性rhBMP-2的技术。通过优化基因、质粒和宿主,构建了具有自主知识产权的高产菌。经培养基、诱导条件和过程控制优化,实现了高活性重组蛋白的规模化稳定生产。

骨修复产品“第一证”加速损伤愈合创造新术式

一项技术在实验室里取得突破是“从0到1”,距离造福患者的“从1到100”,还有很长的路要走。拿骨修复来说,想要用rhBMP-2成功诱导出新骨,不仅需要解决蛋白的复兴和纯化技术,还要研发适用于该产品的骨病治疗新技术。

2013年,团队拿到国内第一张骨修复产品注册证,价格仅为国外同类产品的1/5。他们在青浦创立上海瑞邦生物材料有限公司,开启科技成果转化进程。10年来,团队不断研发多种骨病治疗新技术,拓展材料应用的临床边界,相关产品已在全国800余家医院累计使用超过30万例,对骨修复难题的临床治疗有效率达90%以上。

在人工骨出现之前,对骨缺陷的治疗,最常见的办法是“剜肉补疮”:从病人其他部位取出一块不那么重要的骨头,移植到患处。骨修复产品的出现,使骨移植手术这一不得已而为之的疗法有了根本改变。

刘昌胜团队研发的骨修复产品通体为白色,可根据患者需要改变形状,可以是颗粒、条块甚至像“白水泥”。只要将加载rhBMP-2的高活性骨修复材料放置于断裂或缺损的骨头上,它就能诱导人体在原位长出新骨。材料可在人体内降解,代谢产物由肾脏排出。

骨质增生、椎间盘突出是现代人的多发病,严重时需要手术治疗。对大多数老年人来说,脊椎手术风险较大,在骨修复新材料的辅助下,老年脊椎疾病微创手术成为现实。近六年来,华西医院已开展1600余台脊椎微创手术,术后两年愈合率达到100%。

除了加速骨损伤愈合、创造新术式,一个未曾预想的方向也被开拓出来——老年人种植牙。种植牙需要种在口腔颌面牙槽骨上,老年人牙槽骨萎缩,容易导致种植失败,因此最需要种植牙的人群反而种不了牙。有了高活性骨修复材料,老年人植牙成功率大大提高。

30年持续攀登人工骨高峰,拿遍科技“三大奖”

人工骨承载着刘昌胜“择一事,终一生”的孜孜追求。

上世纪80年代,自固化人工骨这种新材料随着生物材料工程的发展刚刚出现。90年代初,还是研究生的刘昌胜了解到国际上的这一动向后迅速切入,成为国内第一批研究人工骨的学者之一。此后30余年中,他和团队始终围绕这个领域,从无到有研制出了可医用的人工骨,并实现了产业化。

其间也有过艰难的选择。1998年,自固化磷酸钙人工骨研制成功,刘昌胜面临两难:是申请新课题,开展新研究,还是推动自固化磷酸钙人工骨产业化。前者对他来说轻车熟路,后者意味着一项全新挑战。他最终选择了后者,创立公司,开始了教授与企业家并行的职业生涯。

值得一提的是,此前,他们已于2003年和2014年分别获得国家科技进步奖二等奖和国家自然科学奖二等奖。在从无到有走通我国高活性骨修复材料及临床应用的同时,他带领团队包揽了国家为科技创新不同方向而设立的“三大奖”。站在“人工骨”这座山峰的顶端,新的难题如期而至。刘昌胜说,科学前沿是无穷无尽的,还有许多问题亟待解决。

(原标题:20余年产学研协同攻关找到“长骨头”的秘诀,可将两三厘米的断裂骨头修复如初 断骨再生成真,骨损伤治疗告别“剜肉补疮”

 
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