中大工程学院研发生物相容水凝胶 修复关节缺损 协助重建软骨

17.10.2017  02:04


香港中文大学(中大)生物医学工程学系 边黎明教授 领导的研究团队,成功以透明质酸、明胶等天然高分子为基础,开发了一系列和生物相容的功能化水凝胶。水凝胶具备良好的延伸性,能缓慢降解,破碎后自我复原,可应用于治疗膝盖关节损伤,以及骨骼损伤、腰椎间盘突出症等疾病,同时是蛋白质药物及干细胞的理想载体,为再生医学发展提供了高性能、低成本、易使用的应用材料,解决令人困扰的关节痛症。 

运动员、劳动者及长者等由于过度劳动或身体退化,关节之间的软骨不断磨损,变得愈来愈薄弱,当中以承受身体八成重量的膝盖关节最容易受损;由于骨膜布满神经和血管,失去软骨保护的骨头互相磨擦,为患者带来巨大痛楚,严重者甚至要依靠轮椅代步。目前较常用的治疗方法是在关节位置注射透明质酸,充当润滑剂,纾缓关节痛楚;然而,透明质酸容易降解,很快被身体吸收而失去润滑功能,效果一般只能维持半年至一年。若膝关节退化严重,软骨已完全消失,此方法的舒缓效果亦有限。 

过去两年多,边黎明教授的团队专注开发医学用水凝胶工程,是研究最前沿水凝胶技术的团队之一,所开发的技术具国际领先地位。边教授解释,以生物聚合衍生物为材料开发的水凝胶,经过化学改良及动物测试,提升了回弹力和抗压力,不会轻易破碎流失,能延长舒缓效果;此外,水凝胶具良好的可塑性,可紧密地填补形状不规则的软骨缺损,有利于促进软骨的修复;同时该水凝胶黏力强,黏附在关节软骨组织时不容易移位,如在水凝胶内混入药物并黏附在患处,可以做到定位释放药力,减少药物异位释放引起的副作用。 

解决关节痛症的治本之道是重建患者的软骨,生物相容的水凝胶就担当了关键的角色。边黎明教授表示:「水凝胶具有独特的物理性质,生物相容度高,人体的软骨细胞可浸入其中,水凝胶可以模拟细胞外基质(Extracellular Matrix,ECM)的组分,促进内原细胞的补充,协助身体自我复原,重建软体组织。该研究成果的另一个应用方向,是由水凝胶作为干细胞的载体,将培植出来的干细胞封装起来,再注射入缺损部位,支持细胞在其中的铺展及成骨分化,为再生医学发展提供了良好的基础。」 

现时医学界采用的干细胞载体是纸张状的薄膜,如要植入膝盖关节,须开刀处理,植入后需要缝合固定,手术复杂,风险较高,又会留下疤痕;水凝胶则突破了二维薄膜的限制,以三维的形态封装干细胞,有利于细胞的生长,同时其良好的软骨黏附性避免了缝合步骤,其高度可塑性可经由注射方式进入缺损之位置,适合微创手术使用,大大减低手术的入侵性,加快复原时间。 

水凝胶的主要成分 — 透明质酸及明胶,是符合医学安全标准的常用材料,供应量稳定,采购成本低,有助水凝胶之普及应用。边黎明教授表示,研究团队得到创新科技署资助,并伙拍香港沙田威尔斯亲王医院及深圳第二人民医院进行测试,以供动物如马匹、宠物之关节修复使用。研究成果于2016年度BIO(Biotechnology Innovation Organization,生物工程创新组织)假美国三藩市举行的国际会议中发布,获学术及医疗界高度评价及关注。展望将来,他表示研究将进入人类临床测试阶段,应用范围可扩展至关节炎和关节退化等其他软骨组织疾病的治疗。

中大生物医学工程学系简介 

中大生物医学工程学系成立于2017年7月1日,是本港首个生物医学工程学系,致力将创新科技应用于优化医疗服务上,推动治疗科技的发展。该学系的科研涵盖四大专业范畴:医疗设备及生物感测器、生物医学图像及信息学、生物材料及再生医学、生物分子工程及纳米医学。详情请浏览学系网址: www.bme.cuhk.edu.hk

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