香港理工大學（理大）的研究團隊結合形狀記憶發泡材料及羥基磷灰石（骨骼組織的主要礦物成分），設計及製造出一種具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。目前市面有售的骨骼支架仍未有具備形狀記憶、自行填補效能。
骨骼可以自行再生，但因切除骨腫瘤及嚴重骨折所導致的大面積缺損，則需要接受自體或異體骨骼移植手術，導引骨骼再生。骨折乃全球愈益關注的健康問題，在人口老化的社會尤甚，如何改善移植手術或有效導引骨骼再生，藉以舒緩病者痛苦兼減輕社會醫療開支，成為科學家應對的一大挑戰。以骨質疏鬆引致的髖骨骨折為例，今年香港有9,590宗新病例，一項最新研究預測[1]，到了2050年，每年新症數目將是現時的三倍；馬來西亞及新加坡同期的數目更會跳至三倍半。
組織工程學科學家近年有關骨支架的研究，為這領域帶來新希望，其中一個方向乃研發可導引組織快速再生、兼能以微創手術植入的骨支架，從而減少病人住院日數及感染風險。理大團隊新近研發的自行填補支架，乃此領域的突破。團隊由紡織及服裝學系教授胡金蓮教授（研究項目首席研究員）和博士後研究員謝瑞琪博士，以及康復治療科學系副教授郭霞博士帶領；團隊亦與四川大學緊密合作，就此項目進行細胞培植及動物建模實驗。
理大嶄新骨支架的特點
理大研發的骨支架[2]結合形狀記憶聚氨酯泡沫（polyurethane foam，一種塑膠材料）及羥基磷灰石（hydroxyapatite / HA）納米粒子製成，具有顯著的自行填補功能。支架由形狀記憶材料製成，可在0度（攝氏度°C）將其壓縮，在室溫下進行移植，並在40度完全回復原來的形狀，因而可自行全然填補形狀不規則的骨缺損。過程中的過渡溫度接近人體的生理溫度，因而大幅提高其應用於微創手術的可行性。
這自行填補支架擁有多孔結構及互相連結的孔洞，以供細胞遷移及形成新組織。支架孔洞的大小平均為670微米（頭髮的直徑約為100微米），即接近人體的鬆質骨（人骨的內層）孔洞的大小，以模擬人體內的實際微小環境。理大研發的支架大約60%為空隙，此乃支架最佳結構。
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。理大研發的支架抗壓強度設為13.6兆帕（MPa / Megapascal），即相當於人體的鬆質骨的抗壓強度。實驗室測試又顯示，該支架具生物相容性、不會引起排斥，亦不具細胞毒性。
骨骼再生的動物實驗
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，結果顯示支架能克服傳統聚合物支架的缺點，有很大潛力應用於骨骼再生。」
在動物實驗中，18隻白兔每條腿的股骨於膝關節位置都有缺損，即一共有36處缺損。牠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度（攝氏度°C）的鹽水後，被壓縮的支架在60秒內膨脹，把骨缺損全然填滿。對照組的骨缺損並無植入支架。
手術後12周，實驗組的骨內骨組織生長較快，有46%骨內生長，代表有46%骨缺損被修復；對照組則只有24%骨內生長。
實驗亦證實自行填補支架能導引成骨細胞及血管的形成，這些都是合成骨組織的要素。在手術後12周，實驗組在支架上生長的血管數量，是對照組的四倍。此外，實驗組5%的骨表面被成骨細胞覆蓋，但在對照組幾乎找不到成骨細胞。
總括而言，理大研發的嶄新形狀記憶支架有以下優點：
- 能以微創手術植入；
- 自行調節和自行填補；
- 擁有重塑骨骼的最佳結構；
- 具生物相容性、不會引起排斥；
- 具良好機械性特質。
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影片：https://1drv.ms/v/s!An7L4hj0BAmegWEqnbMaAD7Zxrrd
[1]Cheung, C. L., Ang S. B., Chadha M., Chow S. L., Chung Y. S., Hew F. L., Jaisamrarn U., Ng H., Takeuchi Y., Wu C. H., Xia W., Yu J., Fujiwa S. (2018). An updated hip fracture projection in Asia: The Asian Federation of Osteoporosis Societies study, Osteoporosis and Sarcopenia (4) 1, 16.doi.org/10.1016/j.afos.2018.03.003
[2]支架以1%、3%、5%、7%羥基磷灰石(HA)納米粒子作測試。新聞稿的數據為含有7%HA納米粒子的支架的測試結果。
