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生物材料和再生医学的进展
摘 要：随着医学技术的不断发展,生物材料已经从第一代、第二展到生物材料第三代,特征变化从生物惰性到生物活性再到生活活性和降解性相结合,生物材料的迅速发展是人类医学建设的一大进步,解决了很多医学难题.再生医学是利用人类自身的治愈能力,使得受到损伤的组织机体实现细胞、组织、器官再生目的的医学,与第三代生物材料有着密切的联系.本文就生物材料和再生医学两大学科,分析其进展历程.
关键词：生物材料；再生医学；组织工程
中图分类号：R318.08文献识别码：A文章编号：1001-828X(2017)025-0-02
一、生物材料
所谓生物材料,指的是本着医疗目的,通过诊断、修复、治疗或者更换人体组织器官帮助病人实现康复治愈或增强病人体质功能的材料.生物材料已由最初取材于自然界已有的物质材料,发展到通过再生医学技术进行再生复制可用材料,在取材上不断创新突破,解决了原先原生态材料带来的医学隐患,提高病人的免疫系统,帮助病人更好的恢复身体.
1.第一代生物材料
第一代生物材料开发于上世纪六七十年代,那时候科学技术有限,生物材料的取材首先要对工业化材料进行相关的生物相容性研究,如果材料与人体能够相容,就进行一些临床应用.主要的医学应用有骨外科、人工晶体、人工血管等.到了上世纪八十年代,随着人们生活水平的不断提高,保健意识的不断增强,生物材料为了满足保健的需要,延长人类寿命,增强人民生活的幸福指数,通过不断研发,在临床上被应用的的假体生物材料器材已经超过五十种.这些生物材料都有一个共性,那就是生物惰性,即所植入的生物材料与人体的相容度要最高,异物反应被降到最低,使得体内植入生物材料的病患在五到二十五年内生活质量有了明显的提高.第一代生物材料的很多产品至今还被沿用.
2.第二代生物材料
第二代生物材料与第一代生物材料相比,明显的进步就是改变了最初材料的惰性,转向了生物活性,换言之第二代生物材料在与人体相容的情况下,材料的活性能够适应人体正常的生理反应.
上世纪八十年代中期,第二代生物材料被广泛应用于整形外科和牙科中,主要材料有生物活性玻璃、生物活性陶瓷、生物活性玻璃及陶瓷的复合物等等.与第一代生物材料相比,第二代生物材料的优势在于材料本身无毒无害、耐腐蚀、生物相容性更强,对人体的免疫系统不存在干扰问题.例如生物活性玻璃制作的中耳假体,可以用来帮助病人实现骨链修复,恢复病患的听力问题,此外也可以制作成牙槽骨保持材料,也能帮助治疗脊椎肿瘤问题等等.到了九十年代,生物活性材料发挥的医学作用越来越大.
随着人体机能的不断发展,应用在人体中的第二代生物材料不断被溶解,以至于完全被人体的新生组织替代,使得生物材料与人体本身的组织不再有明显的区别.例如病患伤口的缝合,缝制材料由生物可降解材料制成,能够溶于人体,不需要后期拆线,减轻病患的二次痛苦.然而,随着老年化速度的不断加快,第一代、第二代生物材料已经不能满足于患者多重的临床治疗需要,医学的研究重心也从原来的生物惰性、生物活性研究转变到生物修复和再生研究中去.
3.第三代生物材料
第三代生物材料的研究开始于上世纪九十年代后期,主要是在生物活性材料和生物惰性材料的优势之处结合起来,在可溶降解材料上进行分子修饰,促使人体内细胞相互作用,启动人体的再生系统,减少外界生物材料的介入.
第三代生物材料通过生物方法将人体的某些基因激活,帮助人体保持健康、延迟衰老,依靠细胞分子水平为人体创造组织再生和修复的功能,第三代生物材料目前还在研究兴起中,也属于再生医学的研究领域.
(1)组织工程.组织工程是将与人体相容性较高的第三代生物材料植入到人体组织器官病损部位中,使得生物材料被人体吸收,同时不断激发身体的某些细胞再生,形成新的组织,取代病损部位的细胞组织,帮助人体实现修复和重建.组织工程医疗产品已经应用于部分临床治疗,例如皮肤科、关节软骨、血管系统的修复等等.组织工程学作为一门交叉学科,涉及多种科学领域,从某种角度来说,与再生医学的的发展相辅相成,不仅帮助患者提供医疗解决办法,更重要的是提出了细胞、组织、器官可以再复制的思想,为再生医学的研究发展提供帮助.
目前,我国对组织工程的研究给予很大的重视,国家专门设立相关的专项,拨款扶持我国组织工程学的产品研发及日常研究工作,组织工程学极有可能带动我国医疗行业进入一个更高层次的技术领域,必将为社会创造更大的经济效益.
(2)原位组织再生.所谓原位组织再生,即在人体内引入一些粉末、溶液或者微粒形式的生物材料,以离子形式释放出一些生长因子,诱导损伤组织自身细胞迅速再生,实现原组织的原位修复功能.例如将第三代生物材料注入到受损伤的机体中,将会让原骨结构重新建立新骨组织.目前,我国骨修复材料也取得国家食品药品监督管理的认证,已经被广泛运用于临床医疗中.
二、再生医学
至今为止,再生医学并没有明确的医学定义,从广义上来讲,再生医学是通过医学手段,利用人体的自愈能力,帮助损伤组织实现机体的再生能力,从而达到机体自身修复的目的.再生医学的研究范畴主要包括：干细胞与克隆技术、组织工程、组织器官代用品、异种器官移植.
1.再生医学与发育潜能
科学研究表明,不同的生物机体再生的能力是不同的,这跟机体本身的发育调控基因有关.例如在脊椎动物的试验中,有尾两栖类动物蝾螈截肢肢体在发育过程中,原来的发育基因是同线性表达方式,而在再生过程中,发育基因则呈现出不同的时空线性,不是与原来的发育基因一起表达发育机体,而是重新开始表达,这说明再生医学在蝾螈机体内可以起到一定的再生作用.
机体的细胞、组织和器官具有一定的再生能力,其正常发育一般是新基因在进行第一次表达,而再生细胞则是开始于已经分化的细胞环境中.再生过程中,发育是通过细胞的不断分裂而形成新的细胞化的,是新细胞重新排列的结果.人体中,皮肤和肝脏的再生能力较强,目前对肝组织再生的研究广泛,包括再生肝和原生肝之间的相互作用、肝细胞的再生对肝功能的修复功能、肝脏血管的发育和再生等研究,这些研究极有可能为肝移植开辟新的肝来源.
2.再生医学与干细胞移植
干细胞的再生能力很强,及时是在低分化的情况下,还是可以分化出很多细胞、组织和器官.再生医学根据干细胞分化强这一特点,利用机体作用,对损伤部位的细胞进行细胞再生和干细胞移植,帮助损伤的组织和器官实现自然状态下的恢复.例如骨髓干细胞的分化移植和再生修复,可以帮助解决很多骨髓疾病问题,因为骨髓干细胞是在微环境下直接分化成细胞,种子细胞是从患者身上直接提取的,避免了植入过程疾病的传染源,同时也提高了患者的免疫力,帮助患者实现病损组织的修复目的.
3.再生医学的负面因素
当然,凡事都有两面性,再生医院的研究产生的影响也不全是正面的.从生物学的角度分析,组织细胞的非正常分化极有可能导致肿瘤的生长,而限制肿瘤生长的方法是细胞凋亡和有限增殖,这两种方法可以在再生过程中进行制止.细胞凋亡方法是让非正常分化的细胞得到抑制,阻碍肿瘤的形成,例如肝脏细胞的组织再生,分化过快则会导致肝内生长肿瘤,造成肝损伤,那么就要在肝细胞增殖期间就考虑血管增生,使得肝肿瘤转移,切断病原.
三、结语
生物材料和再生医学研究范畴广泛,涉及到生物学、人体力学、工程学、医学等诸多学科,从上世纪五六十年代之间,生物材料已经从第一展到第三代水平.再生医学的发展在干细胞移植、组织工程等方面也作出了巨大的贡献.人口老龄化的今天,生物材料和再生医学的医疗方案极大的延续了人们的生命,同时也创造了巨大的经济效益,完善了医学治疗方案,为我国医疗事业的发展开辟了全新的道路.
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作者简介：冯 刚(1982-),男,山西忻州人,2004年本科毕业于忻州师范学院计算机系,现为15级太原理工大学材料工程学院工程硕士,中石化销售有限公司山西石油分公司工作,中级工程师,在信息管理处工作.
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