在人造骨的醫療市場裡，大多數還是以金屬材料和高分子材料作為人造骨的材質首選。但是金屬材料或高分子材料植入患者體內時，卻存在諸多不可避免的天然缺陷。例如這些材料在體內無法與自體骨有機結合，最終出現「應力集中與屏蔽現象」，從而導致人造骨周圍發生骨吸收，導致局部骨質疏鬆，引起人造骨鬆動或附近的骨斷裂。
此外，金屬材質的人造骨還可能出現「剝離現象」，金屬離子從人造骨表面析出，進入人體內，形成二次傷害。金屬離子析出過多，會增加患老年痴呆的風險。不同年齡段的不同人之間的骨形狀、骨生長速度等因素各不相同，用統一固定化的金屬材料、高分子材料人造骨去適應個性化的自體骨，這必然是難以一一應對的。
那麼什麼材料的人造骨植入體內最合適呢？既想要避免應力屏蔽現象，又能個性化適應自體骨環境，這並不是一紙空談，而是人造骨醫療市場裡人們孜孜不倦想要尋求的答案。
從科研到成立博恩生物，學術研究引來投資人青睞
「不同植入物放入體內會怎麼發育？」這是博恩生物科研團隊在西北工業大學進行的一項名為「滲透率評價」科研時的核心工作內容。團隊負責人汪焰恩及師弟張馳師承魏生民教授，在校期間專門進行植入物體內發育的相關評估，對多種材質的植入物進行過詳細研究。
2005年至2008年三年期間，汪焰恩團隊都一心撲在科研上做「滲透率評價」。其師魏生民教授建議將科研成果做成具體設備，這將是一個很有價值的產品。汪焰恩因為母親關係，一直想做一款人造骨產品，加上汪焰恩團隊一直圍繞植入物滲透率進行的相關研究，已經篩選出最適合做人造骨的純生物級的生物活性材料。
遂2008年年末，團隊開始思考如何將生物活性材料落地成真正造福患者的人造骨。雖然當初沒有人相信這個事兒能成，但團隊一直堅持尋找落地的方式，最終在2012年生產出了第一臺製作生物活性材料的設備，隨後產出了首個人造骨骼。
博恩生物團隊（圖片由企業提供）
團隊隨後帶上科研成果在參加某次創賽時，得到了中科院旗下中科創新的高度認可。張馳告訴動脈網記者：「我們團隊本身只是做科研的，如果創業感覺會十分麻煩，所以資本方第一次看見我們這個項目想投資時，團隊直接拒絕了。但是後來，資本方前前後後多次來給我們講解我們這個產品產業化後的諸多優勢，以及帶來的社會價值，在他們的堅持和鼓勵下，最終成立了公司。」
2015年，科研團隊拿到了中科院旗下中科創新的第一筆400萬人民幣的種子輪融資，成立了西安博恩生物科技有限公司（簡稱：博恩生物）。
羥基磷灰石配合「生物墨水」，博恩生物自主研發3D列印設備
這個一經產出就獲得投資人青睞的生物活性材料就是羥基磷灰石（HA材料）。汪焰恩團隊經過多年的科研，最終選定的最適合做人造骨的材料就是羥基磷灰石。羥基磷灰石是人體牙齒中含量最高的材料，在人體骨骼的無機鹽成分中佔比75%。這是一種天然的具備骨傳導性和骨誘導性的材料，可以從自然環境中通過物理或化學方法提取而來（例如貝殼）。但是自然提取出來的羥基磷灰石是粉末狀，非常難以成形，而人體骨骼又是非規則曲面的複雜形狀，有了原材料如何成型則是一大難點。
汪焰恩團隊在調研多種成形方案後，最終決定採用3D列印的方式幫助羥基磷灰石生產為人體骨骼。但是市面上缺少生物級的3D列印設備，這意味著想要將羥基磷灰石製成人造骨，還需要自己研發3D列印設備。
張馳表示：「自己研發設備是一個非常困難的事情，3D列印的方式有多種，例如FDM、SLA、3DP等等，究竟哪種適合製作骨骼我們都不清楚。我們早期經過各種摸索和嘗試，最終發現只有以3DP加生物列印的方式才能解決列印骨骼的問題。」
博恩生物人造骨脊椎示意圖（圖片由企業提供）
博恩生物人造骨脊椎剖面示意圖 （圖片由企業提供）
目前，博恩生物就是以「3DP+生物列印」的方式展開的人造骨列印。張馳補充道，將羥基磷灰石製成人造骨的難點遠不止沒有3D列印設備這一點，列印非規則曲面骨骼的過程非常複雜。
博恩生物以96%的羥基磷灰石配合4%的生物活性因子和「生物墨水」製成原料。這種材料屬於非牛頓流體，在進行3D列印噴灑時液滴會大小不一且出現「團聚現象」，這些都嚴重影響了人造骨的製作。博恩團隊最終通過精準霧化噴灑，精準控制原材料的每一個噴灑位點來解決了這個問題。
值得一提的是，這個含量僅4%不到的「生物墨水」能夠完美地讓羥基磷灰石固定成形，是博恩生物自主研發的一種黏合劑。而在國外，雖然有同樣以羥基磷灰石為原料製作人造骨的大型醫療公司，但他們的原料中羥基磷灰石含量僅30%，剩餘70%全是「膠水」聚乳酸。聚乳酸在人體內雖然會降解，但是降解後會在骨周圍形成微酸環境，對人體造成損傷。
個性化定製可生長可發育骨骼，人造骨降解促進自體骨生長
博恩生物最神奇的就是他們最終列印出來的「可生長可發育骨骼」。眾所周知，通過金屬材料或高分子材料製成的人造骨將在人體內一直存在，即便是患者去世體內的金屬或高分子植入物也不會被降解。而博恩生物製成的人造骨植入患者體內後最終會降解，促使人體自體骨發育，最終讓患者的自體骨恢復。
不同年齡段的人骨骼發育的速度不同，博恩生物根據患者的骨骼發育速度個性化配置人造骨原材料，然後根據其自體骨樣本列印出相應的3D人造骨，隨後植入患者體內。在患者的兩個斷骨之間缺損的部位，會不斷產生成骨細胞和破骨細胞，在他們不斷分化的過程中最終鈣化形成骨骼。這個過程又被稱為「爬行替代機制」。
爬行替代機制可以生動地理解為兩個斷骨上的成骨細胞和破骨細胞會不斷向對方攀爬形成「橋梁」，最終相遇讓骨骼癒合。而金屬材料或高分子材料的植入物會被細胞視為「外人」，不會引發斷骨間細胞的爬行替代機制，而以自然材料羥基磷灰石為原料製成的人造骨則會被細胞視為「自己人」，引發爬行替代機制。隨著時間的推移，人造骨會逐步降解為自體骨發育留出空間，當人造骨降解完時，實際上就只留下了自體骨。
博恩生物人造骨示意圖（圖片由企業提供）
根據骨骼受損的大小和患者年齡的差異，人造骨在體內降解的速度會有所不同。張馳說道：「如果是大段骨大部分受損，那麼患者可能需要花5年至10年來降解人造骨。但無論如何，最終患者的人造骨隨著時間推移都會被降解掉，只留下自體骨。」
在臨床實驗方面，博恩生物已經在老鼠、兔子、豬、狗等動物活體中做了五批相關試驗，大多是以臨床需求最大的橈骨作為實驗骨骼。醫生先將動物的橈骨進行3D建模，然後挑除橈骨植入3D人造骨骼，隨後觀察三個月就能看見動物骨骼的發育情況。張馳說道：「人造骨和自體骨之間存在一個『界面』，如果三個月後這個界面越來越模糊說明人造骨和自體骨建立了『橋梁』，長一起了，反之則證明沒長到一起。在實驗的最後，我們通過電鏡觀察動物的受損部位骨骼，發現它們已經形成了良好的松質骨和密質骨結構。」
做完六批動物實驗後，博恩生物將繼續申請人體試驗，最終申請三類醫療器械認證。
目前，博恩生物有4臺生物級3D列印設備，每天可以解決8個病人的骨頭用量。人造骨並非博恩生物的最終目標，張馳告訴動脈網記者：「未來將是人通過和機器的結合來延長壽命，博恩生物將從骨骼入手，通過更多人工方式解決人體器官缺失等問題。人造器官才是博恩生物的最終目標，博恩生物已經在這些方面做了相關儲備。」
文 | 王嬋
本文首發於微信公眾號：動脈網。文章內容屬作者個人觀點，不代表和訊網立場。投資者據此操作，風險請自擔。
（責任編輯：董雲龍 ）