生物材料遇到干细胞
作为人类，我们本能地希望自己更健康，少受痛楚。无论我们在生活中遭遇到什么，不管是癌症、糖尿病、心脏病、或是骨折，我们都想尽快康复。我是生物材料实验室的负责人，而且我对历史上人类别出心裁地将不同的材料使用在人体上十分感兴趣。
举个例子，这个漂亮的蓝色珍珠贝壳，它其实是被玛雅人当作人造牙齿来使用的。我
们还不是很确定他们为什么要这么做。这东西坚硬，但它也具备其他特征。实际上，当他们把它放进颚骨时，它可以和颚骨结合在一起。现在，在精密的成像技术的帮助下，我们明白了，之所以能结合，部分原因是因为这种材料的设计有非常独特的地方，它有良好的化学性质和良好的构造。而且我觉得，在很多方面，我们可以把蓝色珍珠贝壳和玛雅人这个例子，当作“蓝牙技术”的首个真正应用。
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Harold Ridley眼科医生进行首例关于人工晶体的手术（图片来源：Twitter）
如果我们思考整个历史进程中人类如何巧妙运用不同材料的，我们会发现，极具创意通常是一些医生。一个我很欣赏的例子是关于哈罗德•里德利爵士的。他是一位著名的眼科医生，至少是成为了著名的眼科医生。在二战期间，他注意到执行完任务回来的飞行员的眼睛里，有一些细小的碎片藏在里面，但比较有趣的是，这些碎片材料并没有引发任何炎症。经过调查他发现，这是一些塑料碎片，是喷火式战斗机座舱罩的一部分。由此他提出把这种材料当作人工晶体的新材料。它叫做PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯），如今它每年都造福数百万人民，帮助预防白内障。
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人工晶体的新材料PMMA（图片来源：Hexavision）
这是一个很好的例子，从中我们发现，过去人们选择某种材料因为它是生物惰性材料，他们只想发挥它的机械性能。当其植入体内，不会有任何不良反应。而我想证明的是，在再生医学领域，我们的观念已发生改变，不再从生物惰性材料上取材，我们现在在积极寻找新的材料，能和人体相互作用的生物活性材料，并且我们能将之植入体内，它们发挥作用之后，随着时间的推移它们会自动溶解。
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组织工程示意图（图片来源：The Stevens Group）
我们看下这个示意图，它给我们展示了组织工程的过程。
从机体获取少量的活体组织，用特殊的酶或其他方法将细胞（又称种子细胞）从组织中分离出来在体外进行培养扩增，然后将扩增的细胞与具有良好生物相容性、可降解性和可吸收的生物材料（支架）按一定的比例混合，使细胞黏附在生物材料（支架）上形成细胞-材料复合物；将该复合物植入机体的组织或器官病损部位，随着生物材料在体内逐渐被降解和吸收，植入的细胞在体内不断增殖并分泌细胞外基质，最终形成相应的组织或器官，从而达到修复创伤和重建功能的目的。
我们都知道干细胞，是一类具有多向分化潜能和自我复制能力的原始的未分化细胞，是形成哺乳类动物的各组织器官的原始细胞。如果我们想想那些在全世界不同的实验室里，人们正试图再生的各种不同类型的组织，基本就包括了差不多你能想到的所有组织。事实上，那些组织的结构都挺不同的，要怎样去再造组织，绝大部分要取决于，你的病人是否有一些潜在疾病，以及一些其他的条件。你还需要非常认真地考虑使用什么材料，考虑它们的生化特征，它们的结构，和其他的一些特性。
我们身体里的组织都具有非常不同的再生能力。我们来看看可怜的普罗米修斯（希腊神话中人名，为人类盗火种甘受罚），他做了一个比较不幸的职业抉择，然后就被希腊的神给惩罚了。他被绑到一块石头上，然后每天都会有一只老鹰飞过来啄食他的肝。当然，他的肝每天都会再生，所以他就这样日复一日，年复一年，永远不停地接受神的惩罚。肝会这样完美地再生，但如果我们想一下别的组织，比如像软骨，哪怕是最简单的小切口，软骨都很难再生出来。所以，再生能力是因组织而异的。
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从臀部提取骨骼，进行骨移植（图片来源：Medical Exhibits）
骨头呢，介于两者之间。我们实验室在骨头上做了大量的工作。骨头的修复能力其实相当不错，它必须得是这样的。我们可能都有过骨折的经历吧。而要想修复骨折，一个方法就叫髂骨移植法。外科医生可能会从你的髂骨那取些骨头，就在这儿，然后移植到身体的别的部位。这个方法其实很有效，因为它是你自己身上的骨头，而且有充分的血管浸润，也就是说供血良好。但问题就是，你能用的就只有那么多，而且当你在进行这项手术时，你的病人可能会在缺位那里产生极大的疼痛，哪怕手术两年后还会感到疼痛。
所以我们想的是，骨头修复肯定有大量的需求，但这种髂骨方法有太多的局限性，那么我们是否能在体内重新制造出所需的骨头，然后将之进行移植，而又不像髂骨方法那样产生痛苦的后果？
体内生物反应器，干细胞增殖的温床
我们回到组织工程学，采用不同的思维方式，并将之简化，我们去掉了很多步骤，我们删除了从病人身上提取细胞这一步骤，我们删除了使用华丽的化学反应的必要性，我们还去掉了在实验室里搭建这些支架的必要性。
我们真正关注的是我们的材料系统。我们用巧妙的方法，大规模进行骨骼生成。
我们是利用身体，把它当作催化剂来使用，以此产生新骨骼。这就是我们所称的体内生物反应器，我们可以用这种方法大量制造骨骼。
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体内生物反应器，用于骨骼再生（图片来源：ResearchGate）
在体内我们的长骨外面有一层干细胞，这一层叫做骨膜。这层骨膜通常来说和在它下面的骨骼是紧密相连的，而且里面含有干细胞，这些干细胞在胚胎发育时期有着非常重要的作用，而且当你不慎骨折的时候，它们会被激活以修复骨骼。
