2016年世界新材料技术发展盘点（七）

新型功能材料之生物医用材料

生物医用材料发展迅速，据有关数据，2020年全球市场将超5000亿美元，从2010年起，年均增长率达15%。

未来5 年全球生物医用材料市场

（中国产业信息网http://www.chyxx.com/research/201609/446773.html）

2016年全球生物医用材料技术取得重要进展，例如：

1. 完全降解吸收的心血管支架投放市场

2016年7月，美国雅培公司（Abbott）生产的Absorb GT1全吸收式生物血管支架系统（BVS）获得美国食品药品监督管理局（FDA, Food and Drug Administration）的上市批准，用于冠状动脉疾病的介入治疗。该产品是全世界首个能完全降解吸收的心血管支架产品，也是全世界第一个非金属基的心血管支架，目前已经在包括美国在内的100多个国家上市销售。该技术被称为人类冠状动脉介入史上的第四次里程碑，对冠状动脉疾病的治疗具有划时代的意义。心血管支架自1986年首次置入人体以来，一直都局限于永久性金属材料。BVS不同于金属支架，由可降解医用高分子材料构成，主要成分是聚乳酸，植入人体两三年内逐渐被人体吸收直至完全消失，避免了金属支架引起的血管再狭窄、晚期血栓等问题。更重要的是，患者无需终身服药。生物可降解支架代表着心血管介入治疗当前最前沿技术水平。除可降解聚合物支架外，德国Biotronik公司研发的镁合金全降解支架DERAMS在2016年获得欧盟CE认证。雅培Absorb BVS在2011年获得该认证。

2. 瘫痪病人可望恢复功能

2016年11月，瑞士科研人员开发了一款名为“脑脊接口”的神经假体界面，帮助脊髓损伤的猴子重建大脑和脊髓之间的连接，重新获得了对腿部肌肉的神经控制，让腿部瘫痪的猴子能够重新站立行走。这是人类首次通过神经科技恢复脊髓损伤的灵长类动物的运动功能。相关工作发表在第539期Nature期刊上。科研人员在猴子控制腿部运动的大脑皮层区域植入微电极阵列检测大脑皮质神经元脉冲活动，并将相关神经信号解码并无线传输到一个植入式脉冲生成器。该装置将接收到的刺激信号传输给与之相连的脊髓植入物（植入受损脊髓下部腰椎脊髓硬膜外，由16个电极系统组成），脊髓植入物激活瘫痪腿部的肌肉运动。这样，这只猴子便重新获得了行走的能力。简言之，这个脑脊界面系统解码大脑信号，重建了脑和脊髓回路之间的“信号传输通路”，让神经信号得以跨过受损脊髓成功传输，让原本因为脊髓损伤而丧失的支配腿部运动功能的神经恢复了功能。

3. 生物3D打印技术可制备大尺寸且结构稳定的人体“活”组织

2016年2月，生物3D打印器官获得新突破。美国维克森林大学科学家开发了一款“集成型组织-器官打印机”。这项技术突破了传统生物3D打印机打印尺寸和强度的局限，可以打印大尺寸且结构稳定的“活”组织。科学家目前已成功打印出耳朵、下颌骨、颅骨和肌肉组织，距离打印出真正的人体组织乃至器官又迈进了一大步。科学家通过多头交替打印方式，先打印了一种可降解医用高分子，作为整个组织的结构骨架，提供足够的强度支撑；然后将含细胞的复合水凝胶打印到结构骨架上；为了防止打印的不规则组织在打印过程中发生坍塌，同时打印另一种水凝胶对打印的组织进行力学加固，而这种水凝胶在打印后很容易去除，留下完整的打印组织。此外，打印过程中，每一层都设计了“微通道”结构，与外界相连，为打印的内部组织提供充分的营养和氧气，保证细胞的存活。相关工作发表在第34期Nature Biotechnology期刊上。

4. 新型的全细胞肿瘤疫苗既可治疗原发性肿瘤，又能防止肿瘤复发

2016年10月，中国苏州大学功能纳米与软物质研究院刘庄团队设计并开发出了一种新型的全细胞肿瘤疫苗。它不仅可对原发性肿瘤进行针对性的攻击，还可有效杀灭扩散的肿瘤细胞，并可产生免疫记忆效应，以防止肿瘤复发。相关工作发表在第7期的Nature Communication期刊上。这种新型的肿瘤疫苗是一种刺激响应型的纳米颗粒。该纳米颗粒包含三种组分，均是被美国FDA批准的生物制剂。基质成分是可降解的聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA），用来包被另两种小分子化合物。一种是近红外染料吲哚菁绿（ICG），在近红外光的刺激激发下产生光热效应；另一种是免疫佐剂咪喹莫特（R837），一种TLR7受体的小分子激动剂，激活免疫反应。因此，这种PLGA-ICG-R837纳米颗粒被施用于肿瘤所在部位时，可通过近红外光的激发产生光热效应，将肿瘤裂解，同时释放出的多种肿瘤相关抗原，在R837的作用下激起特异性的抗肿瘤免疫应答反应，并可在免疫检验点抑制剂的作用下被进一步加强。该疗法已在小鼠实验中取得了良好疗效，可有效杀灭已扩散的肿瘤细胞，且小鼠的免疫系统可对肿瘤产生的记忆性。这种纳米颗粒集成了光热疗法、免疫佐剂、肿瘤疫苗、免疫检验点抑制剂，从而提供了一套全新的癌症综合治疗策略。此外，由于所用的临床试剂均已被美国FDA批准使用，这一联合疗法具有相当强的临床转发医学潜力。

5. 神奇的仿生矿化材料制备方法

2016年8月，中国科学技术大学科学家通过模拟天然贝壳珍珠层的生长方式和控制过程，提出一种新的介观尺度的“组装与矿化”方法，成功制备出毫米级厚度的仿生珍珠层材料。该成果发表在第354期Science期刊上。科学家们为了模拟贝壳珍珠层的多层“砖泥”结构，通过冷冻诱导的组装过程构建了多层壳聚糖框架，再通过乙酰化将壳聚糖转化为稳定的β-几丁质，作为生物矿化有机模板。随后，通过蠕动泵向该有机模板内不断泵入碳酸氢钙溶液进行矿化。矿化后的材料经过丝素蛋白溶液浸润和热压处理后即得到仿生珍珠层。这种仿生策略制备的人工珍珠层材料，在化学组成和多级有序结构上与天然珍珠层高度相似，同时展现出优异的强度和韧性，力学性能与天然珍珠层相比也毫不孙色。这种仿生制备方法操作简单，易于控制，为“未来结构材料”的仿生设计和制备指明了一条新道路。

（撰稿人：王秀梅）