作者：Sruthi Sanjeev Balakrishnan
来源：药明康德AI
“伤筋动骨一百天”这句话深入人心，小小骨折人们往往需要花不少时间等待骨头自然愈合，更何况因骨癌导致骨组织受损的患者呢？骨头再生非易事，但一种世界上最轻的固体却可扭转这一局面。
气凝胶深受科学家青睐，有一群来自德国、伊朗以及奥地利的科学家发现，使用混合气凝胶可以促进新的骨组织生长，并替代丢失或受损的组织。气凝胶为固体物质形态，是世界上最轻的固体，入选吉尼斯世界纪录。它的外观看上去像是凝固着的烟，虽形态类似于气体，可气凝胶的成分却与玻璃相似，有高强度、耐久性、重量轻、可设计性强等特点，在医疗领域，它也具有不小的可用价值。
▲轻巧坚固的混合气凝胶，隔热性好，可保护花朵免受火烤
（图片来源：NASA | Public Domain）
这种新型材料不仅可以用于常见骨伤，应对骨癌也是不在话下。
骨癌在癌症“家族”是一种相对罕见的疾病，它占所有癌症的比例不到1%，身患骨癌的患者由于骨组织受损在极端情况下，甚至会面临截肢。癌变组织必须切除，且鉴于不让癌细胞扩散，医生通常会连带癌变组织周围的健康组织一起切除。不过这样的方式虽然可以给患者带回健康，但是原有的骨头却因此也变少了。但事实证明，很多时候患者往往不需要经历这些痛苦，医生只需给骨组织再多一些“鼓励”便可以了。
在这项研究中，研究人员融合了丝素蛋白以及多气孔的气凝胶。丝素蛋白是从蚕丝中提取的天然高分子纤维蛋白，通常被用来制作高档织物，有了丝素蛋白的“加持”，气凝胶会变得更加坚固，足以用于骨骼生长。
在实验第一阶段，研究人员首先需要制造混合气凝胶，他们将二氧化硅、丝素蛋白、一些酸和少量洗涤剂倒入锅中，“烧制”一小时。一款二氧化硅-丝素蛋白混合气凝胶便由此诞生。它亲水、软硬度正好，同时还具有良好的生物降解性。
接着实验第二阶段，科学家们需要验证混合气凝胶是否对人体细胞有害。经验证，这种材料完全可以用于人体细胞。研究人员甚至表示：“细胞似乎真的很喜欢这种材料”。骨细胞很容易在其表面生长，从而可以在生长过程中沉积骨生长所需的蛋白质和矿物质。
在实验的第三阶段，他们将混合气凝胶植入小鼠体内，以验证它是否能促进骨再生。研究人员分别对两组受骨伤的小鼠进行对照实验，他们以手术植入的方式将混合气凝胶放置于一组小鼠骨骼间，同时对另一组小鼠则采用传统骨伤治疗方法并未植入该材料。术后25天，植入混合气凝胶的小鼠比未植入的小鼠恢复得更快、更好，其受伤处近乎愈合。所以混合气凝胶不仅能促进新骨生长，更能加速其愈合速度 。
多数情况下，治疗骨伤时，稍加以简单的机械压力就可以达到骨组织再生的目的，对于医生来说，唯一的挑战是如何精确控制新的骨组织，朝着正确的方向并在恰当的周期内再生长，这时轻巧的混合气凝胶便有了用武之地。从材料的组成来看，它可以加速伤口愈合，同时混合气凝胶的孔径分布也可以进行相应调整，从而使其适应骨头的生长，当然这些气孔也可用作药物输送途径，这就意味着在支架置入人体骨骼前，就可在其中加入相关药物或是生长因子。
科学家们从小鼠实验中看到了轻巧的混合气凝胶应用于骨伤领域的潜力。当“伤筋动骨一百天”成为“伤筋动骨25天”，骨伤患者能在最短时间内恢复日常行动这无疑是一大便利，不过距离这项前沿技术真正走进医院还需时日，期待越来越多的科技新手段能不断为人类创造无限可能。（译自：massivesci.com）
[1] Aerogel, the world’s lightest solid, can help bones heal faster Retrieved Nov 27, 2019 from https://massivesci.com/articles/hybrid-aerogel-scaffold-bone-regeneration-regrow-replace-lost-damaged-tissue/
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