【2017工博会】国产人工韧带的完美“逆袭” 复旦大学陈世益团队研制“抗感染人工韧带”

作者:李相如摄影: 视频: 来源:新闻文化网发布时间:2017-12-11

新闻中心讯   韧带断了怎么办?

近年来,随着国民生活水平提高,全民健身热潮兴起,也导致了运动损伤的增多,最为常见的就是膝关节前交叉韧带断裂,足球、篮球、滑雪等运动都有可能导致其发生。并且,由于膝关节的特殊性,前交叉韧带断裂很难自然恢复,韧带断裂后被吸收而消失。虽然对于非专业运动者的治疗中,可通过康复训练利用周围肌肉代偿韧带功能,但患者不能完全恢复先前的运动能力,最佳方案仍然是手术重建。

肌肉、韧带、骨头是保证人进行运动的最基本的三种组织,任何一种的缺失都会影响人正常运动。针对损伤后替代品的研究,人工骨头方面已非常深入,各种替代产品相对成熟,而人工肌肉和人工韧带问题仍亟待解决。目前,韧带的手术修补多采用自体或异体韧带进行,存在着可取组织有限、强度不足等问题。这些都需要依靠人工韧带才可能解决。复旦大学附属华山医院教授、运动医学科主任陈世益带领团队研制的“抗感染人工韧带”亮相2017中国国际工业博览会。

“非原装”韧带更好用

“后天的‘人工韧带’反而比‘原装’的自体或异体韧带更好用。”陈世益这样说,是因为和自体或异体韧带相比,其团队研发的人工韧带具有“成功率高”“恢复期短”“独特功效”三大优势。

当前,我国针对前交叉韧带的手术多采用自体重建和异体重建的方式。所谓重建,是指将作为“新韧带”的组织重新植入膝关节,让它代替断裂的前交叉韧带工作。采用人工韧带进行重建,即为“人工韧带重建”。

当重建的韧带出现松掉、断裂或者感染的状况时,判定手术失败。失败就需要清除植入物、重新手术,而骨隧道中的植入物清除后会在骨头中会留两个大洞,让后期手术更难。限于自体韧带数量有限、异体韧带质量难以控制或为年老供体等客观条件,即使手术成功,十年以后也可能出现韧带松动或者损坏的情况。当前国际报道十年自体韧带重建失败比例大概为10%左右,异体韧带重建失败比例则高达25%左右。而结合手术技术改进、材料升级等一系列革新,陈世益领导中国人工韧带研究小组(包括全国各地36家医院)进行的十年多中心随访数据显示,人工韧带的失败率不到5%,为自体重建的一半、异体重建的六分之一,相关成果发表在2017年运动医学领域权威杂志《美国运动医学杂志》(The American Journal of Sports Medicine)上,引起全球运动医学专业的研究学者和临床医生的极大关注。

恢复期短则是很多对运动高要求者选择人工韧带的原因。韧带损伤,尤其是前交叉韧带断裂这样几乎不可恢复的损伤,可以说是对运动员运动生涯的致命打击。但是人工韧带“能够挽救他们的运动生涯”。自体或异体重建手术之后,最少半年、平均将近一年才能恢复运动状态,并且有约1/3到2/3的人因为怕韧带“断掉”而不敢训练,不能恢复从前的状态。但如果使用人工韧带,最多三个月就能恢复术前运动状态。

“它的强度是自体韧带的两倍。自体韧带可承受2000牛顿的力,人工韧带可承受5000牛顿的力,是自体韧带的2.5倍。”陈世益介绍,人工韧带使用心理压力小,强度又高,训练恢复起来自然也更容易。“把肌肉整体感觉训练好,可以很快地重返运动。”正因此,足球、篮球、排球、越野等很多竞技领域的运动员受伤后都选择用人工韧带进行重建。人工韧带是短时期快速恢复运动能力的不二之选。

陈世益团队研究的韧带还具有诸多独特的功效。“抗感染人工韧带”已经是他们研究的第四代人工韧带,在人工韧带本身具有的优势上新增了“抗感染”功能。

“抗感染”功能主要是针对临床随访中发现的术后容易出现滑膜炎等感染的现象而研制的。一方面,通过羟基磷灰石和丝蛋白诱导骨头和成纤维细胞生长,形成封闭腔,阻隔韧带与关节液交流,从而避免炎症的发生;另一方面,在人工韧带表面覆盖纳米银涂层,这样即使有细菌感染,不断释放的银离子也能杀菌消炎。

在不断的摩擦中,银涂层会不会损耗?答案是否定的。就像打磨钻石磨掉的是钻石的粉末,常见的“摩擦损耗”指的也是一种物理现象。传统的矿化涂层是物理叠加法,的确存在磨损的风险;但最新技术已经升级为化学修饰法,即通过化学反应,利用明胶生物分子作为桥架分子,使银离子能在韧带表面形成纳米级涂层。银离子只会在使用过程中缓慢释放,没有“磨损”风险。

让中国的人工韧带走在世界前列

人工韧带的发展并非一帆风顺。

20世纪80年代,因为用碳纤维、牛心包薄膜等材质制成的人工韧带,在材质和手术技术均不成熟的状态下临床失败率极高,美国政府下令暂停人工韧带的临床使用,由此掀起世界范围内认为“人工韧带不可靠”的风潮。

到了1992年,法国韧带先进加强系统(LARS)公司成立,致力于研究高品质的人工韧带,并用已经成熟的人造血管材料聚酯纤维(PET)制成人工韧带,起初其辐射范围仅在法国和澳大利亚等地。

在没有使用人工韧带之前,陈世益也相信美国人的说法:人工韧带失败率高、效果差。转机发生在2004年LARS被引入中国。“我们当时也不太敢用,但是刚好有个后交叉韧带断裂的病人,跟他讨论了多种手术方案之后,病人倾向选择人工韧带手术方案,希望能早日重返运动。”这是全中国第一例人工韧带重建手术,效果到底怎么样?陈世益还是担心。术后两个月,照理病人该回院检查了,这位病人却没来。“打电话一问才知道,他竟然已经在爬黄山了!这远远超过我们原来所设想的,以往通常需要拄拐保护半年才能进行运动训练。”

这让陈世益一下子有了信心,开始进行人工韧带的研究。“我们有一些病人专门过来要求做人工韧带,有一些病人专门做自体韧带。都说自己身上的好,结果十年随访下来,人工的比自体的还要好,虽然有失败,但重返运动的比例很高。”

从那之后,陈世益团队开始了自主人工韧带产品的研制。“最初的人工韧带是仿制国外做的;第二代就改良了,跟国外不一样了;第三代加入了很多生长的因子促进愈合;第四代我们发现,有时韧带植入身体里会发炎,那怎么样呢?抗感染的人工韧带出来了。”就这样,不跟美国潮流,陈世益团队硬生生地走出了中国自己的人工韧带之路。

和LARS相比,陈世益团队研发的人工韧带在强度、力学、观念、固定方式等方面均有优势。“这是因为我们基于中国特色做了大量临床研究,所以得到数据是符合中国人群、具有中国特色的。”陈世益团队的人工韧带在韧带表面材料的功能改良、手术固定方式改革、手术技术和相关设备的研究方面都有重大突破。通过表面材料的改良,开发了促生长、抗感染等一系列功能型韧带;通过由LARS的挤压法固定改为悬吊法固定,降低了手术难度;在技术和配套设备方面的研究,则让手术变得更精确、可控、微创。

2014年,陈世益带领亚太运动医学代表团到美国七个城市的大学参访,在确认演讲主题时,七个城市都表示想听中国人工韧带的经验。“我们把这个东西在美国讲了之后,美国人对我们也深表佩服。”陈世益说。

展望未来,陈世益还有很多畅想。在人工韧带的应用范围方面,将会在肩、髋、肘、踝各个部位都实现拓展。“不是单单只做一个膝关节,肩袖补片、内侧副韧带、踝关节韧带、肘韧带、腕韧带等全都可以用”在产品的更新方面,未来也将迎来第五、第六、第七甚至更多代的人工韧带。“期待有一天,能做出媲美甚至超过原生韧带的人工韧带。像是基因改造了,能让人跳得更高、跑得更快。

(封面制图:方圆)

 

制图:实习编辑:责任编辑:

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