嚴重的骨外傷或缺陷癒合困難
外傷或骨折後，受傷處打石膏或者固定，就是希望骨頭可以自行癒合。骨頭的確有自我癒合能力，有時候我們撞到或踢到東西，骨頭內部可能都有點小裂傷，都會自行癒合。但是，有些嚴重的外傷或者骨缺陷，癒合很困難，這時候就需要移植捐贈者的骨頭，或者人工骨頭，畢竟這樣的手術繁瑣，因此，開發能讓骨頭自然生長的技術，仍然相當重要。
奈米顆粒複合凝膠，刺激骨生長
美國德州農工大學(Texas A&M University)的研究員在美國國家科學基金會與美國國立衛生研究院的資助下，就這個激發骨生長的需求，開發了一項新的生物材料，由奈米大小的平面顆粒埋入以膠質為基礎的生物性水凝膠組成，經過一連串的複雜訊號機制，可以刺激骨生長，不需要使用「生長因子」(Growth Factors)，適用於各種難癒合的斷骨或缺陷。其方法就是重現骨頭自然生長的過程。「生長因子」是一種能刺激細胞增殖與分化的天然蛋白，傳統治療採用注射「生長因子」來刺激骨生長，但可能因為需要足夠大的量才能產生細胞，因此可能導致嚴重副作用。
骨癒合後，凝膠自動分解
而埋入「凝膠」的物質，就是超小「奈米矽酸鹽顆粒」，厚度小於一般紙張的十萬分之一，其內含有高比例的正矽酸(orthosilicic acid)、鎂、鋰成分。因為「奈米矽酸鹽顆粒」加入到「凝膠」內，所以「凝膠」的數種物理、化學和生物本質都跟著改變。注射該種材料到受傷的部位後，以機械性質而言，勁度(stiffness, 抵抗變形的能力)會增強3到4倍。也因此，一旦材料進入體內，注射型水凝膠能在骨頭受傷的部位停留一定的時間，直到損傷的骨頭逐步癒合到正常後，該材料便逐漸分解。
目前，短期和長期的骨生長皆已有正面成果。初期測試，發現了早期骨生成的生物指標「鹼性磷酸酶」活動增加。這點顯示，這項新開發的材料的確發出訊號要求細胞分化成骨細胞。而較長時間的研究結果，也證實骨頭主要的成份「磷酸鈣」增加達四倍。
3D列印骨填充物
未來，這項研究還需要更了解這種材料刺激骨細胞分化的流程。另外，因為這種凝膠材料「剪切稀化」(黏度隨剪切應力增加而遞減)的特質，可以應用於列印三維的組織結構，如此可以針對個別手術的需求，列印出適當大小的材料做為骨頭填充物。
文章參考：Texas A&M University
圖片來源：ozz13x @Flickr CC BY 2.0
原文參考：ACS Nano
