生醫陶瓷骨材四大亮點應用廣 聯合大學材料系:人才培育須跨域整合

記者/林育如

臺灣醫療器材每年有超過2,000億元的產值,年成長率更是超過10%。其中,骨科醫療器材一直位列全球十大醫材的重要項目之一。近10年來骨取代物的研發有重大突破。國立聯合大學材料科學工程學系助理教授張曼蘋表示,合成的骨材首先解決了「排斥反應」和「來源限制的問題」,尤其是生醫陶瓷骨材的「高抗壓強度」和「低延展性」,能被大量運用於骨組織工程,並成為醫學研究的重要課題。

可降解生醫陶瓷顆粒。圖:國立聯合大學材料科學工程學系張曼蘋教授提供

生醫陶瓷骨材解決排斥及來源限制問題

張曼蘋教授表示,骨科醫療器材中的骨取代物,根據其來源可分為「自體骨」、「異體骨」、「異種骨」和「人工合成骨」。自體骨的來源是來自患者本身,因此不會產生排斥反應,且內含豐富的造骨細胞和生長因子,但需要經過二次手術,且其來源有限。而異體骨來自同種異體(捐贈者),異種骨來自異種(豬骨、牛骨),來源可大量取得,然而可能會有排斥發炎反應、骨引導性不佳等問題。而合成的骨材無排斥反應和來源限制的問題,其所選用的材料多為磷酸鈣鹽類,即生醫陶瓷骨材之一,因人體的骨骼和牙齒的無機物成分皆是由此類物質構成,例如:氫氧基磷灰石、磷酸鈣等,另有選用硫酸鈣、碳酸鈣等做為骨取代物,亦屬於生醫陶瓷骨材的範疇。

更多新聞:生醫界的台積電 新竹生醫園區第三生技大樓建築物吸睛

國立聯合大學材料科學工程學系張曼蘋教授。圖:張曼蘋教授提供

更高相容性 取代PMMA

張曼蘋進一步說明,考慮材料本身的性質與替換部位或預期達成之療效,臨床上的骨取代物會選擇合適的材料。例如治療椎間盤突出,用於脊柱融合術的椎籠(cage)、支架(spacer),其主要作用為手術移除椎間盤後,填充於原椎間盤處,故需具備一定機械強度、維持正常椎間高度,所選用的材料有合金材料(例如鈦合金)和聚合物材料。植牙填補的骨粉、或填補其他骨缺損部位的骨水泥,主要目的在幫助填充和修復,因此機械性質要求不高,而著重於可填入不規則缺損處的可塑性和誘導新骨生成的性質。

骨水泥多是由聚合物材料——聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)製成的產品,臨床使用時會混合粉末和溶液,使其形成膠狀,再注射到患部,注射過後的PMMA會再10分鐘左右固化成塊狀,有效填補缺損處。然而,PMMA固化時會放熱,此反應會使患部局部承受高熱,因此,近年來多有新的生醫陶瓷材料研發以取代PMMA作為骨水泥,例如含有結晶水的硫酸鈣,亦可由膠狀形成固化,且其中所含的鈣離子、硫酸根離子與生物體產生的交互反映,可能較PMMA有更高的生物相容性。

國立聯合大學材料科學工程學系生醫陶瓷實驗室。圖:張曼蘋教授提供
恆溫循環水槽。圖:國立聯合大學材料科學工程學系張曼蘋教授提供

致力生醫材料開發 再拓生物細胞實驗室

聯合大學材料系一直以來著重於陶瓷材料的研究與開發,過去也曾與國衛院相關單位合作。目前除了生醫材料端的研發工作外,正著手建立生物細胞實驗室,打造可進行生物測試的環境。此外,系上生醫研發團隊也與臨床醫師合作,互相交流研發端及臨床應用的經驗,目的為能研發出更符合實際需求的骨材。

多孔生醫陶瓷骨材(不同實驗參數)。圖:國立聯合大學材料科學工程學系張曼蘋教授提供

開放態度接收跨領域知識

除了力拓開發生醫材料,與業界密切交流之外,聯合大學材料系持續為產業、學術界培育優秀人才。張曼蘋教授指出,生醫材料是一門跨領域的學科,其中涵蓋材料、醫工、化工、機械、生化等背景理論與知識,甚至在開發新產品時,對相關的法規也須有一定了解。因此,若只著重於其中單一學科,在生醫材料領域的發展較容易受到限制。建議有意在此領域深耕的學術人才,可多與臨床的醫師團隊交流合作,以開放的態度接收不同領域的知識,對學術、實務都有實質的助益。

瀏覽 338 次

覺得不錯的話就分享出去吧!

發佈留言

Back to top button