脱胎换骨的医术

安行

骨骼损伤怎么办？

几千年来，骨骼伤害屡见不鲜，骨缺损一直都是困扰骨科医师的一大难题，人们一直在研究使用什么样的材料来修复受损的骨头。有证据表明，早在新石器时期的秘鲁和古埃及就已经有骨骼修补技术了！但那时还没有高超的医术，使用的都是黄金和铁等其他材料来做填充物，而不是真正的骨头。

当今社会，骨外科的医生十分需要一种像骨骼一样的材料，来替代发生病变或被撞伤损坏的骨骼，希望能让患者的受伤部位尽可能地恢复原有的功能。几个世纪以来，人们尝试了众多不同的修复方法并公认自体骨移植是治疗骨缺损的有效方法。但是，由于某一些部位损伤严重，缺失较大，从人体自身提取移植的骨头， 往往不能够满足被替代部位骨骼的移植要求。而且，从健康的人体部位切割骨头，患者还须经受另一次的额外手术打击，有手术疼痛及感染的风险，往往对人体的伤害较大。

当人们意识到自体骨移植的种种缺点后，就不断地探索将新材料用于修复骨缺损。因此，广大医师及科研工作者长期致力于寻找一种合适的材料来替代自体骨，后来，异体骨移植就成为了骨伤骨病治疗中常用的重要手段。

异体骨移植术

异体骨移植是指把取自动物或他人的骨骼，移植到病患的身上。这种移植术首创于动物骨头移植。

17世纪，一位名叫巴特林的人，头部被一把剑击中，外科医生把一块狗骨头移植到他的头骨上，修复了伤口。他活了下来，却被他的教会逐出教会，因为教会认为他不再是完整的人类。为了不被看成是另类，巴特林要求外科医生把狗骨头取出来。可是，当外科医生尝试取狗骨头的时候，发现巴特林的头骨已经在周围再生了。從这个角度来看，这是世界上第一次成功的动物骨头移植手术。

后来，医学技术不断发展，当今社会已经开始使用人体骨头作为骨移植材料。和动物骨头移植相比，人类骨移植是目前骨骼移植的最好材料，已被广泛采用。

异体骨移植会出现排异反应，为了避免风险，除了自体骨骼移植外，捐献者的骨细胞不可以在受捐者体内存活。

异体骨移植前都要对骨头进行去抗原处理

移植排异反应

把异体骨头移植到人体内，首先要克服不同机体移植所带来的强烈免疫排斥反应。这也是影响成骨并导致移植失败的一个重要原因。

因此，异体骨移植前都要对骨头进行去抗原处理。研究指出，经低温保存、急速冷冻的骨骼，可以保持骨骼硬度，还能较大程度上避免病人因异体移植而产生的排异反应。但冷却处理法并不能完全排除免疫反应，只是以慢性排斥反应为主。

小贴士

排异反应

排异反应是异体组织进入有免疫活性的宿主体内后，会被宿主作为“异己”并受到其免疫系统的攻击，这种供受体之间的白细胞抗原的差异所引起的免疫反应是导致骨移植失败的主要原因。

相比之下，与冷处理相反的高温加工法会更彻底地清除骨头间的排斥抗原性。然而弊端在于，经过高温处理后，骨头虽然没有了抗原性，但骨头内的可诱导细胞分化为软骨细胞及成骨细胞，最终形成软骨组织和骨组织的成分也被破坏掉了，这样的动物骨头移植到人体后虽然不会相互排斥，但它只是起到了一个桥梁作用，本身没有诱导细胞生长的作用，因而不能和人体很好地融为一体。因此这种做法只适用于极小的骨头移植术。

为了解决这些问题，一种重新组合异种骨的方法被研究了出来。这种方法在处理骨头时分两步走：首先，在常温下从骨头的皮质骨中取出骨形成蛋白（生长因子），然后再将骨头的其余部分进行脱蛋白处理。进行脱蛋白处理后，这根动物骨头就不会再有抗原性了，并且骨头内有许多的小孔，就像小蜂窝一样。再将事先取出的骨形成蛋白重新植入这些待移植骨头，经过这样一系列的过程，能够用于移植手术的骨头就加工好了。

由于骨头内既没有抗原物质，同时又有生长因子，这块骨头一旦被移植到人体内，生长因子就会像磁铁一样诱导病人体内骨细胞移到这块骨头上生长，而同时这块动物骨头自身还会不断降解。就这样一边降解，一边诱导新骨生成，大约经过八九年左右，植入的骨头就会完全消失了，同时新的骨头则已完全长成了。这种方法不仅具有高效的成骨活性，而且不会引起免疫排斥反应，可以说是一种成熟的骨骼移植术了。

移植骨与受体骨的结合

说到这，大家可能会问了，那是用什么来连接病人骨骼与移植骨的呢？总不能用胶水吧？是的，不能用胶水，使用的材料必须是人体能接受的，安全无害的连接基质，而这种基质就是之前提到的成骨诱导成分，叫做脱钙骨基质，简称DBM。

DBM是一种是由胶原蛋白、非胶原蛋白以及较低浓度的生长因子（如骨形成蛋白）等组成的复合物天然骨移植材料，主要取材于人或动物（猪、牛、狗、兔等）的颅骨、股骨干和胫骨干。它具有低抗原，能被新骨替代，尤其是诱导成骨活性等特点。

为了制作它，技术人员会将骨头磨碎，然后用酸除去钙。剩下的是一种精致的白色代糖粉，由刺激骨骼生长的骨形成蛋白组成。这些骨形成蛋白会与干细胞进行交流，随后干细胞会分裂和复制成为具有不同功能的新细胞。

在体内，DBM是指导干细胞转化为皮肤细胞、脑细胞和骨细胞的信号。为了增加粘合性，在临床上更加便于使用，骨形成蛋白会被混合到石膏中，然后涂在需要鼓励生长的骨头上。

在外科手术中，DBM对于填充骨缺损，实现正常的解刨关系，恢复功能，桥接缝隙等都有很好的疗效。它在每一个骨移植手术中都扮演着重要的角色。比如，口腔外科医生会将其植入患者退化的下颚骨中，使下颚骨重新生长，足以支持种植牙;它也可以用来填补脊柱融合手术中椎体之间的间隙，以减轻椎间盘突出患者的疼痛;而当骨科医生移植长段骨头时，他们会沿着移植骨的接缝作为粘贴剂。外科医生形容说，DBM就是“编织”在移植骨骼上的脚手架。

等待检验和分发的脱钙骨基质

一个病人的3D打印骨骼

3D打印技术与骨骼移植

骨骼破损有多种情况，比如破损部位并不是整齐划一的。为了准确地连接替换骨骼，外科医师需要精确地绘制出需要替换的部分。于是，科学家又研制出了骨头的3D打印技术，这项技术会为精确地切割骨骼提供指南。

3D打印技术是组织工程学的一种高速仿形技术，是以计算机三维设计模型为蓝本，利用激光引导、喷墨打印等技术，将生物材料通过逐层堆积粘结，叠加塑型，最终形成仿真的骨骼形状。3D打印技术可以让医生为每一个病人专门定制植入骨。打个比方，假如一个有颅骨缺陷的病人需要治疗，医生就可以扫描他的颅骨，然后打印出一个和病人的受伤位置相同的尺寸和形状的颅骨型号。

不仅如此，这项3D打印技术还研发出了除异体移植骨之外的人工骨“超弹骨”，它是一种新的3D打印合成材料，是由有弹性的陶瓷制成的，内含牙齿和骨骼内中发现的矿物质以及聚合物。即使挤压它，它也会弹回原来的形状。这种材料的制成前是液体状，可以打印成医生需要的各种形状，也可以沉淀在任何一种材料上，有很强的可塑性。

和一般昂贵、太脆弱难以塑型、又担心排斥的骨移植不同，“超弹性骨骼”价格低廉，可打印出许多形状，并依照需求切割、摺叠、接合，弹性好且强韧，在手术室也能简单快速地使用。目前临床正在积极地使用这种新科技，研究人员希望能在脊椎、牙齿、重建和骨癌手术时使用这种人工骨骼，替病患提供量身订做的骨骼移植，以给病人带来更好的疗效。