香港理工大學(xué)胡金蓮教授研究團隊結(jié)合形狀記憶發(fā)泡材料及羥基磷灰石（骨骼組織的主要礦物成分），設(shè)計及制造出一種可自行填補高效能的骨骼支架，能安全及方便地植入骨骼缺損位置，令骨骼再生，有助骨傷及骨折病人康復(fù)。目前市面有售的骨骼支架仍未有具備形狀記憶、自行填補性能。
骨骼可以自行再生，但因切除骨腫瘤及嚴(yán)重骨折所導(dǎo)致的大面積缺損，則需要接受自體或異體骨骼移植手術(shù)，導(dǎo)引骨骼再生。骨折乃全球愈益關(guān)注的健康問題，在人口老化的社會尤甚，如何改善移植手術(shù)或有效導(dǎo)引骨骼再生，借以舒緩病者痛苦兼減輕社會醫(yī)療開支，成為科學(xué)家應(yīng)對的一大挑戰(zhàn)。以骨質(zhì)疏松引致的髖骨骨折為例，今年香港有9,590宗新病例，一項最新研究預(yù)測，到了2050年，每年新癥數(shù)目將是現(xiàn)時的三倍；馬來西亞及新加坡同期的數(shù)目更會跳至三倍半。
組織工程學(xué)科學(xué)家近年有關(guān)骨支架的研究，為這領(lǐng)域帶來新希望，其中一個方向研發(fā)可導(dǎo)引組織快速再生、兼能以微創(chuàng)手術(shù)植入的骨支架，從而減少病人住院日數(shù)及感染風(fēng)險。香港理工大學(xué)團隊最近研發(fā)的自行填補支架，乃此領(lǐng)域的突破。團隊由紡織及服裝學(xué)系胡金蓮教授（研究項目首席研究員）和博士后研究員謝瑞琪博士，以及康復(fù)治療科學(xué)系郭霞副教授帶領(lǐng)；團隊亦與四川大學(xué)緊密合作，就此項目進行細(xì)胞培植及動物建模實驗。
團隊研發(fā)的骨支架結(jié)合形狀記憶聚氨酯泡沫（polyurethane foam）及羥基磷灰石（hydroxyapatite / HA）納米粒子制成，具有顯著的自行填補功能。支架由形狀記憶材料制成，可在0°C將其壓縮，在室溫下進行移植，并在40°C完全回復(fù)原來的形狀，因而可自行全然填補形狀不規(guī)則的骨缺損。過程中的過渡溫度接近人體的生理溫度，因而大幅提高其應(yīng)用于微創(chuàng)手術(shù)的可行性。
這種自行填補支架擁有多孔結(jié)構(gòu)及互相連接的孔洞，以供細(xì)胞遷移及形成新組織。支架孔洞的大小平均為670微米（頭發(fā)的直徑約為100微米），即接近人體的松質(zhì)骨（人骨的內(nèi)層）孔洞的大小，以模擬人體內(nèi)的實際微小環(huán)境。該支架大約60%為空隙，此乃支架最佳結(jié)構(gòu)。
支架的機械強度不能太低，否則會變形或遇撞斷裂；也不能太高，否則周遭骨組織的密度會降低。團隊研發(fā)的支架抗壓強度設(shè)為13.6MPa，即相當(dāng)于人體的松質(zhì)骨的抗壓強度。實驗室測試又顯示，該支架具生物相容性、不會引起排斥，亦不具細(xì)胞毒性。
胡教授表示：“通過兔股骨缺損研究，我們進一步檢驗自行填補支架促進骨骼再生的成效，結(jié)果顯示支架能克服傳統(tǒng)聚合物支架的缺點，有很大潛質(zhì)應(yīng)用于骨骼再生。”
在動物實驗中，18只白兔每條腿的股骨于膝關(guān)節(jié)位置都有缺損，即一共有36處缺損。它們一半被分為實驗組，另一半則為對照組。
實驗組白兔骨缺損的位置被植入大小壓縮至原來一半的支架（支架壓縮前的尺寸比骨缺損大大概5%）。在加入40°C的鹽水后，被壓縮的支架在60秒內(nèi)膨脹，把骨缺損全然填滿。對照組的骨缺損并無植入支架。
手術(shù)后12周，實驗組的骨內(nèi)骨組織生長較快，有46%骨內(nèi)生長，代表有46%骨缺損被修復(fù)；對照組則只有24%骨內(nèi)生長。
實驗亦證實自行填補支架能導(dǎo)引成骨細(xì)胞及血管的形成，這些都是合成骨組織的要素。在手術(shù)后12周，實驗組在支架上生長的血管數(shù)量，是對照組的四倍。此外，實驗組5%的骨表面被成骨細(xì)胞復(fù)蓋，但在對照組幾乎找不到成骨細(xì)胞。
總括而言，該團隊研發(fā)的新型形狀記憶支架有以下優(yōu)點：
能以微創(chuàng)手術(shù)植入；
自行調(diào)節(jié)和自行填補；
擁有重塑骨骼的最佳結(jié)構(gòu)；
具生物兼容性、不會引起排斥；
具良好機械性特質(zhì)。
