近日，中国科学院金属研究所（以下简称金属所）生命健康材料与器件研究部仿生医用材料课题组张兴研究员团队，在生物活性骨修复材料领域取得关键突破，其最新研究成果引发学术界和产业界的高度关注。该团队成功研发出高活性非晶金属离子团簇技术，并据此构建了集“结构—成分—功能”三位一体仿生特性的非晶磷酸钙/几丁质（ACZP/CT）复合骨修复支架，可有效解决传统骨修复材料中高力学支撑与高生物活性难以兼得的问题，表现出优异的骨修复能力与良好的骨再生效果，为大尺寸及难愈性骨缺损的临床治疗提供了全新的技术路径。
张兴介绍：“金属所仿生医用材料研究已有10余年时间，团队始终聚焦前沿、攻坚克难，研发出可直接临床应用的生物玻璃基骨修复材料、磷酸三钙/胶原复合人工骨材料以及具有三位一体仿生特性的非晶磷酸钙/几丁质复合骨修复支架。上述成果推动骨修复材料研发从仿形向仿生、从可修复向高效修复的跨越式发展，有望为老龄化社会复杂骨病治疗提供创新技术与有效方案，‘伤筋动骨一百天’的传统认知正在被新技术改写。”
人有我有 实现国产化替代
具有生物活性的骨修复材料已成为人口老龄化背景下的骨肿瘤、骨质疏松症等骨骼疾病治疗的关键材料。张兴介绍，与年龄相关的骨病普遍存在机体代谢衰退、成骨细胞活性下降、自身骨再生能力薄弱等生理特点，再叠加病灶区域骨组织缺损严重、局部微环境失衡、术后愈合周期漫长等问题，患者极易出现骨愈合延迟、修复再生障碍等并发症，给家庭及社会带来极大经济负担。“此类骨病的临床治疗与康复周期通常长达3至6个月，甚至更长时间，而采用生物活性材料刺激骨骼生长可有效解决这一难题。”
张兴科研团队经过长期潜心研究与产学研协同攻关，研发出的“骨复生”生物玻璃基骨修复材料不仅具备优异的骨传导性能与良好的力学强度，还能通过释放生物活性离子调控局部修复微环境，促进骨组织再生，是我国在生物活性玻璃基骨修复材料领域取得的一项重大突破。目前，“骨复生”人工骨修复产品已正式获得国家药品监督管理局颁发的医疗器械注册证，并已在全国逾1000家医疗机构投入临床应用，广泛应用于创伤性骨缺损、骨肿瘤术后骨缺损及退行性骨病所致骨损伤等多种临床治疗场景。
张兴介绍，这种具备一定生物活性的玻璃基骨修复材料可视为第三代骨修复材料，目前国内高端产品市场由国外产品占据主导地位。科研团队通过持续的自主研发、成果转化及产业化推进，实现了“人有我亦有”，未来将力争通过不断扩大市场份额实现国产化替代。
人有我优 完成高活性升级
在张兴等科研人员心中，找到骨修复材料的更优解，大幅缩短骨病患者康复时间，让材料成为造福人民生命健康的硬核支撑，才是他们的终极追求。
如何才能实现“人有我优”呢？那就需要研发出与天然骨基质成分组成相近、生物活性更强的人工骨材料。科研团队在产学研合作的基础上成功研制出磷酸三钙/胶原复合人工骨材料，能有效塑形填充复杂骨缺损部位，并能显著加速骨组织再生修复。目前，磷酸三钙/胶原复合人工骨产品已由中国人民解放军总医院牵头在多家临床机构开展了临床试验，有望为复杂骨缺损、骨肿瘤术后骨重建及骨不连等难愈性骨病提供全新的治疗方案。
“开发出与天然骨基质成分组成相近的材料，难度很大。”张兴介绍，由于骨胶原纤维只有几十微米粗，那么骨胶原纤维上承载的矿物质材料也要足够细小。科研团队经过多年努力，通过精准调控非晶金属离子团簇的组成及晶化速率，实现了医用级含镁磷酸三钙粉体的化学合成、中试验证及吨级宏量化制备。
由具有自主知识产权、国内首个微米级镁磷酸三钙粉制成的骨修复材料，不但生物活性更高，能够更快刺激成骨细胞向材料中生长，而且性状十分松软，就像是陶瓷材料中的“海绵宝宝”，可以形成不规则形状填充到骨缺损部位，达到更快融合的效果，对推动新一代高活性骨修复材料的临床应用与产业化升级具有引领作用。
布局前沿 推进骨材料迭代
材料科学研究主张“应用一代、开发一代、布局一代”。近年来，张兴带领团队围绕高活性非晶金属离子团簇技术开展前沿探索，研制出非晶磷酸钙/几丁质复合骨修复支架，有效解决了大尺寸骨缺损修复中“力学支撑不足、再生效率低下”的临床难题。
测试结果表明，该新型复合骨修复支架弯曲强度可达160兆帕，显示出明显的力学性能优势和良好的承载骨修复潜力。能够通过裂纹扩展、纤维撕裂等多重耗能机制，有效解决传统骨修复材料“脆而不韧”的技术痛点，实现高强度与高韧性的协同适配。同时，该支架在体内降解过程中可持续释放钙离子与锌离子，二者协同作用能够显著促进成骨细胞功能活化与血管内皮细胞增殖，实现成骨过程与血管化进程的高效耦合，为骨组织再生提供双重动力。
“医务人员对这些成果非常满意，同时也希望我们再进一步研制出划时代产品，将骨病患者康复周期从3—6个月缩短至2—3个月，甚至是2个月以内。这也是众多骨病患者的殷切期望。”张兴说。
骨病患者的期盼，正是科研人员不断前行的动力。张兴表示，当前骨修复材料研发正沿着从仿形到仿生、从可修复到高效修复的方向持续升级迭代。随着更多创新成果从实验室走向生产线、最终应用于临床，复杂骨病将不再成为困扰患者的难题，新技术将为众多罹患复杂骨病的患者送去康复福音。
沈阳日报、沈报全媒体记者 岳雨