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帮助断骨实现自体生长,博恩生物黑科技“生物墨水”让人造骨活了

作者:王婵 2019-08-25 08:00

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在人造骨的医疗市场里,大多数还是以金属材料和高分子材料作为人造骨的材质首选。但是金属材料或高分子材料植入患者体内时,却存在诸多不可避免的天然缺陷。例如这些材料在体内无法与自体骨有机结合,最终出现“应力集中与屏蔽现象”,从而导致人造骨周围发生骨吸收,导致局部骨质疏松,引起人造骨松动或附近的骨断裂。

 

此外,金属材质的人造骨还可能出现“剥离现象”,金属离子从人造骨表面析出,进入人体内,形成二次伤害。金属离子析出过多,会增加患老年痴呆的风险。不同年龄段的不同人之间的骨形状、骨生长速度等因素各不相同,用统一固定化的金属材料、高分子材料人造骨去适应个性化的自体骨,这必然是难以一一应对的。

 

那么什么材料的人造骨植入体内最合适呢?既想要避免应力屏蔽现象,又能个性化适应自体骨环境,这并不是一纸空谈,而是人造骨医疗市场里人们孜孜不倦想要寻求的答案。

 

从科研到成立博恩生物,学术研究引来投资人青睐

 

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“不同植入物放入体内会怎么发育?”这是博恩生物科研团队在西北工业大学进行的一项名为“渗透率评价”科研时的核心工作内容。团队负责人汪焰恩及师弟张驰师承魏生民教授,在校期间专门进行植入物体内发育的相关评估,对多种材质的植入物进行过详细研究。

 

2005年至2008年三年期间,汪焰恩团队都一心扑在科研上做“渗透率评价”。其师魏生民教授建议将科研成果做成具体设备,这将是一个很有价值的产品。汪焰恩因为母亲关系,一直想做一款人造骨产品,加上汪焰恩团队一直围绕植入物渗透率进行的相关研究,已经筛选出最适合做人造骨的纯生物级的生物活性材料。

 

遂2008年年末,团队开始思考如何将生物活性材料落地成真正造福患者的人造骨。虽然当初没有人相信这个事儿能成,但团队一直坚持寻找落地的方式,最终在2012年生产出了第一台制作生物活性材料的设备,随后产出了首个人造骨骼。


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博恩生物团队(图片由企业提供)

 

团队随后带上科研成果在参加某次创赛时,得到了中科院旗下中科创星的高度认可。张驰告诉动脉网:“我们团队本身只是做科研的,如果创业感觉会十分麻烦,所以资本方第一次看见我们这个项目想投资时,团队直接拒绝了。但是后来,资本方前前后后多次来给我们讲解我们这个产品产业化后的诸多优势,以及带来的社会价值,在他们的坚持和鼓励下,最终成立了公司。”

 

2015年,科研团队拿到了中科院旗下中科创星的第一笔400万人民币的种子轮融资,成立了西安博恩生物科技有限公司(简称:博恩生物)。

 

羟基磷灰石配合“生物墨水”,博恩生物自主研发3D打印设备

 

这个一经产出就获得投资人青睐的生物活性材料就是羟基磷灰石(HA材料)。汪焰恩团队经过多年的科研,最终选定的最适合做人造骨的材料就是羟基磷灰石。羟基磷灰石是人体牙齿中含量最高的材料,在人体骨骼的无机盐成分中占比75%。这是一种天然的具备骨传导性和骨诱导性的材料,可以从自然环境中通过物理或化学方法提取而来(例如贝壳)。但是自然提取出来的羟基磷灰石是粉末状,非常难以成形,而人体骨骼又是非规则曲面的复杂形状,有了原材料如何成型则是一大难点。

 

汪焰恩团队在调研多种成形方案后,最终决定采用3D打印的方式帮助羟基磷灰石生产为人体骨骼。但是市面上缺少生物级的3D打印设备,这意味着想要将羟基磷灰石制成人造骨,还需要自己研发3D打印设备。张驰表示:“自己研发设备是一个非常困难的事情,3D打印的方式有多种,例如FDM、SLA、3DP等等,究竟哪种适合制作骨骼我们都不清楚。我们早期经过各种摸索和尝试,最终发现只有以3DP加生物打印的方式才能解决打印骨骼的问题。”


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博恩生物人造骨脊椎示意图(图片由企业提供)


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博恩生物人造骨脊椎剖面示意图 (图片由企业提供)


目前,博恩生物就是以“3DP+生物打印”的方式展开的人造骨打印。张驰补充道,将羟基磷灰石制成人造骨的难点远不止没有3D打印设备这一点,打印非规则曲面骨骼的过程非常复杂。博恩生物以96%的羟基磷灰石配合4%的生物活性因子和“生物墨水”制成原料。这种材料属于非牛顿流体,在进行3D打印喷洒时液滴会大小不一且出现“团聚现象”,这些都严重影响了人造骨的制作。博恩团队最终通过精准雾化喷洒,精准控制原材料的每一个喷洒位点来解决了这个问题。

 

值得一提的是,这个含量仅4%不到的“生物墨水”能够完美地让羟基磷灰石固定成形,是博恩生物自主研发的一种黏合剂。而在国外,虽然有同样以羟基磷灰石为原料制作人造骨的大型医疗公司,但他们的原料中羟基磷灰石含量仅30%,剩余70%全是“胶水”聚乳酸。聚乳酸在人体内虽然会降解,但是降解后会在骨周围形成微酸环境,对人体造成损伤。

 

个性化定制可生长可发育骨骼,人造骨降解促进自体骨生长

 

博恩生物最神奇的就是他们最终打印出来的“可生长可发育骨骼”。众所周知,通过金属材料或高分子材料制成的人造骨将在人体内一直存在,即便是患者去世体内的金属或高分子植入物也不会被降解。而博恩生物制成的人造骨植入患者体内后最终会降解,促使人体自体骨发育,最终让患者的自体骨恢复。

 

不同年龄段的人骨骼发育的速度不同,博恩生物根据患者的骨骼发育速度个性化配置人造骨原材料,然后根据其自体骨样本打印出相应的3D人造骨,随后植入患者体内。在患者的两个断骨之间缺损的部位,会不断产生成骨细胞和破骨细胞,在他们不断分化的过程中最终钙化形成骨骼。这个过程又被称为“爬行替代机制”。

 

爬行替代机制可以生动地理解为两个断骨上的成骨细胞和破骨细胞会不断向对方攀爬形成“桥梁”,最终相遇让骨骼愈合。而金属材料或高分子材料的植入物会被细胞视为“外人”,不会引发断骨间细胞的爬行替代机制,而以自然材料羟基磷灰石为原料制成的人造骨则会被细胞视为“自己人”,引发爬行替代机制。随着时间的推移,人造骨会逐步降解为自体骨发育留出空间,当人造骨降解完时,实际上就只留下了自体骨。


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博恩生物人造骨示意图(图片由企业提供)


根据骨骼受损的大小和患者年龄的差异,人造骨在体内降解的速度会有所不同。张驰说道:“如果是大段骨大部分受损,那么患者可能需要花5年至10年来降解人造骨。但无论如何,最终患者的人造骨随着时间推移都会被降解掉,只留下自体骨。”

 

在临床实验方面,博恩生物已经在老鼠、兔子、猪、狗等动物活体中做了五批相关试验,大多是以临床需求最大的桡骨作为实验骨骼。医生先将动物的桡骨进行3D建模,然后挑除桡骨植入3D人造骨骼,随后观察三个月就能看见动物骨骼的发育情况。张驰说道:“人造骨和自体骨之间存在一个‘界面’,如果三个月后这个界面越来越模糊说明人造骨和自体骨建立了‘桥梁’,长一起了,反之则证明没长到一起。在实验的最后,我们通过电镜观察动物的受损部位骨骼,发现它们已经形成了良好的松质骨和密质骨结构。”

 

做完六批动物实验后,博恩生物将继续申请人体试验,最终申请三类医疗器械认证。

 

目前,博恩生物有4台生物级3D打印设备,每天可以解决8个病人的骨头用量。人造骨并非博恩生物的最终目标,张驰告诉动脉网:“未来将是人通过和机器的结合来延长寿命,博恩生物将从骨骼入手,通过更多人工方式解决人体器官缺失等问题。人造器官才是博恩生物的最终目标,博恩生物已经在这些方面做了相关储备。”

对该公司感兴趣的朋友请联系融资助手小云:DongMai_Investent


注:文中如果涉及企业数据,均由受访者向分析师提供并确认。如果您有资源对接,联系报道项目,寻求合作等需求请填写需求表

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