生物医用陶瓷(biomedical ceramics),简称生物陶瓷(bioceramics),是一类以医用为目的而特别设计的陶瓷,是生物材料的一个重要分支,是人类最早用于对人体病变组织、器官进行诊断、治疗或再生修复的无机非金属材料。
中国人在历史上率先发明了陶瓷,后来通过丝绸之路传遍了全世界。20 世纪六七十年代,陶瓷被特别设计,广泛用于医学,极大地改善了人类生命质量,由此出现了生物医用陶瓷。
鉴于人体系统的复杂性,早期选用植入人体内进行组织替换修复的材料以不发生生化反应、具有高稳定性为判据,由此出现了第一代生物陶瓷,即生物惰性陶瓷(bioinert ceramics)。随着人们对植入材料与人体的相互作用研究的深入,发展了第二代生物陶瓷,即能与组织产生生物化学结合的生物活性陶瓷(bioactive ceramics)。其中多孔磷酸钙生物活性陶瓷在一定条件下还表现出骨诱导性,即无需外加生长因子或活体细胞就可以诱导骨组织生成。这一新发现掀起了组织再生材料研究的热潮,通过控制生物材料尤其是生物医用陶瓷的各种材料参数,如材料的相结构、化学组成、力学特性、多孔结构和表面微纳构造等,将能够有效调控材料的生物学效应,包括调控干细胞定向分化、组织特异性细胞行为,从而调控血管的生长、骨和软组织再生,促进受损组织再生修复等。基于对多孔磷酸钙陶瓷的骨诱导性研究,发展了新一代组织诱导性生物材料,它们在植入人体后,可以刺激人体发生特定反应,调动人体的自我完善和修复功能,直至再生人体受损组织或器官。
组织诱导性生物材料
传统观念认为,无生命的生物材料不可能诱导组织形成和器官再生。用无生命的物质诱导出有生命的组织和器官是对生物材料传统观念的质的颠覆。近年来,基于磷酸钙生物医用陶瓷诱导骨组织生成现象的发现和深入研究,国内外学者提出利用无生命的生物材料植入体内,诱导有生命的机体组织和器官再生或形成,也就是在不添加任何生物因子和活体细胞的前提下,通过优化材料的理化性质,协同介导免疫响应,优势富集特殊的蛋白或生长因子,刺激干细胞的增殖和向特定组织的分化,进而激活和调动机体自身再生与修复功能,直接诱导有生命的组织器官的再生,即材料诱导组织再生的概念。2018 年,在国际生物材料科学与工程学会联合会主办的“2018 生物材料定义共识会”上,基于生物医用陶瓷研究的领先基础,我国学者提出的“组织诱导性生物材料”(tissue-inducing biomaterial)获得了广泛认同,被列入“生物材料定义”新目录。这是首个由我国科学家提出的生物材料新定义。组织诱导生物材料定义为:在不添加细胞和/或生物活性因子的情况下,一种设计用于诱导受损或缺失组织或器官再生的生物材料。


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