从实验室: 用于医疗植入物的更好的生物材料

作者: Bikramjit Basu & 他的groupIndian Institute，班加罗尔

如今，对于各种医学治疗，人造合成材料被插入人体。常见的例子包括动脉阻塞的治疗和骨科手术，如髋关节和膝关节置换。人体对异物的接受度不高; 大多数合成材料都被身体排斥。因此，可以插入的材料的选择必须非常具体。

我们还没有一种在人体内部容易接受的材料。各种材料用于插入内部后打算执行的各种功能。在我们的小组中，我们一直在尝试全面了解人体中的生物细胞如何与物质表面相互作用。这个想法是重新创造条件，使人类细胞在合成材料上正常生长和功能。如果我们能够做到这一点，这些材料或我们喜欢称之为生物材料的材料可以用作各种植入物。

我们一直在使用从骨髓中分离出的干细胞进行研究。与人体中的许多其他细胞不同，干细胞是非专门的细胞。例如，肌肉细胞具有非常特殊的功能: 当施加机械应力时，它们能够以某种方式膨胀或收缩。同样，心脏细胞，骨细胞和神经细胞也具有特定的功能。相反，干细胞没有任何特定的功能，但可以在特定的生理环境下发育成这些特定的细胞之一。

我们一直在尝试在新材料上生长这些干细胞，并提供外部刺激，例如电场或磁场，以观察这些干细胞采用什么功能。然后，我们尝试看看我们是否可以控制这个过程，我们是否可以指导干细胞采取特定的行为，并发展成为心脏细胞，神经细胞或骨细胞。多年来，我们一直在进行这些研究，并表明干细胞确实可以通过智能选择材料和外部刺激来指导其执行特定功能。

最近，我们一直在尝试开发可以模仿我们骨骼的材料。天然骨骼的很大一部分包含矿物质羟基磷灰石 (HA)，它是一种磷酸钙。因此，我们尝试创建由羟基磷灰石组成的合成材料，以测试它们是否可以赋予天然骨骼的特性。仅举几例，我们已经制备了两种羟基磷灰石复合材料，一种是钛，另一种是钛酸钡 (BaTiO3)。HA-Ti复合材料显示出非常好的抗断裂能力，已经引起了科学界的广泛关注。另一种具有BaTiO3的复合材料显示出压电性能，即在对其施加机械应力时会产生电。天然骨骼中可用的压电特性在合成材料中极难获得。这两种复合材料，以及它们被开发成仿骨材料的潜力，都首次被注意到。

寻找合适的生物材料的目的是改善接受植入物的患者的愈合时间。目前，接受骨科手术的患者需要很长时间才能康复。这是因为目前使用的材料需要很长时间才能与肌肉和骨组织融合。更合适的材料可以减少这种愈合时间。此外，这些还降低了身体排斥的风险，因此我们越来越多地看到患者不得不接受翻修手术。