戴尅戎院士：基于3D打印和活體生物反應(yīng)器技術(shù)的軟骨/骨再生研究

主持人：今天上午我們非常精彩又激蕩，加上中午又?jǐn)z入了滿滿的食物，我相信上午的腦力釋放了很多，中午又進(jìn)補(bǔ)了一些血糖進(jìn)來，中午可能是比較困的時(shí)候，但是我相信下午的會議非常精彩，這個(gè)精彩讓大家再坐在一起認(rèn)真地來交流和探討。
    請?jiān)试S我簡單介紹一下下午的兩位主持嘉賓，一位是丁建東教授，是聚合物分子工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、復(fù)旦大學(xué)高分子系教授、博士生導(dǎo)師教育部長江科技教授、國家杰出青年基金會、國家“萬人”計(jì)劃領(lǐng)軍人物。更詳細(xì)的介紹，可能大家手上都有。第二位大會主席是陳曉峰教授，擔(dān)任華南理工大學(xué)生物與工程系主任、生物醫(yī)學(xué)材料和工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、國家人體組織功能重建工程技術(shù)研究中心副主任。所以說，兩位教授又帶領(lǐng)我們在座的各位專家、教授一起進(jìn)入下半場的論壇。所以說我們有請陳曉峰教授和丁建東教授主持下午的論壇，謝謝大家！
    陳曉峰：非常感謝張總的介紹，我們繼續(xù)我們的高峰論壇！
    下午第一位發(fā)言人是我們尊敬的戴尅戎院士，是上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院教授，下面有請戴院士，大家歡迎！


    戴尅戎：各位老師好！我覺得老師發(fā)言以后，大家插個(gè)話，接下來再是老師發(fā)言，這樣大家比較有體會。
    真的不是客氣，我是骨科醫(yī)生，大家都知道一個(gè)骨科醫(yī)生有多少本事。
    這里是這樣，多多少少有一些組織工程的小經(jīng)驗(yàn)，再加上我們最近做3D打印比較多，所以把這兩個(gè)加起來談一下我們所做的工作。
    題目里面大概有三個(gè)關(guān)鍵詞：第一個(gè)“組織工程技術(shù)”，實(shí)際上我覺得是進(jìn)入生物打印的臺階，因?yàn)樵谧鼋M織工程的過程當(dāng)中了解細(xì)胞、了解支架，了解了很多的生長粒子；第二個(gè)就是“3D打印”，3D打印將會明顯地改變組織工程的發(fā)展，把組織工程明顯提高；第三個(gè)是我今天想講的，就是“活體生物反應(yīng)器”。
    組織工程技術(shù)其實(shí)也不太遠(yuǎn)，上世紀(jì)1987年的時(shí)候，美國首先提出了這個(gè)，而且當(dāng)時(shí)就提到細(xì)胞、支架、生長粒子這三個(gè)生長要素。用組織工程的技術(shù)，能不能夠形成一個(gè)組織工程化的關(guān)節(jié)？是從這個(gè)角度關(guān)心這個(gè)事。其實(shí)這件事情，2009、2010、2004年的時(shí)候已經(jīng)有過一些報(bào)道，不詳細(xì)回顧了。
    在2004年的時(shí)候，Warnke在Lancet發(fā)表了一篇文章，這篇文章被人家轉(zhuǎn)報(bào)道的時(shí)候，用的不是學(xué)術(shù)的標(biāo)題，就是“A dream”，一個(gè)夢想，一個(gè)夢想是什么東西？就是他去培育一個(gè)組織工程的關(guān)節(jié)的時(shí)候，他不用平常的生物反應(yīng)器，而用了一個(gè)活體的生物反應(yīng)器，而且拍了一張照片，在他的背上放了一個(gè)關(guān)節(jié)。我當(dāng)時(shí)看了一個(gè)圖，覺得找叫我擺不會把關(guān)節(jié)擺在背上。實(shí)際上這件事情接下來，有一兩篇文章有講Warnke自己搞了一個(gè)項(xiàng)目，一個(gè)人由于腫瘤切除以后只剩下兩個(gè)生肢，他就給他做了一個(gè)組織，然后抽了20CC的骨髓，打到里面去，這里面當(dāng)然有白細(xì)胞這些。然后怎么辦？就把這樣一個(gè)東西，它的外形有點(diǎn)像下頜骨，就給它放在胳肢窩底下，這個(gè)地方是背闊肌所在。之所以用背闊肌，是因?yàn)楸抽熂『荛L，等到它在背闊肌里面存活以后，這個(gè)背闊肌可以把它分離出來，就不要替下來，一替下來“斷奶”了，血管沒有了，這樣子就來修補(bǔ)這個(gè)缺損。在大家的右上角，可以看到它外面是一個(gè)網(wǎng)，里面裝了一些像骨頭渣一樣的東西，紅紅肯定是他講的骨髓。然后到了7個(gè)禮拜以后，他把背闊肌加上這塊東西，連同他的血管，一起植入到缺損區(qū)，就放到這里面，由于它外面有一個(gè)網(wǎng)，所以它的形狀是很像的，然后就裝上去，而且他說4個(gè)禮拜以后，底下一張可能是做增強(qiáng)的片子，可以判斷是做血供的，血功補(bǔ)充進(jìn)來，所以它是一個(gè)比較成功的例子。這里面，反正它這個(gè)思路是非常好的，其實(shí)他現(xiàn)在種進(jìn)去的是沒有牙齒的下頜骨，這時(shí)候他沒有辦法種牙或者是什么，但是這個(gè)思路非常好，就是我們沒有在什么地方去辛辛苦苦培養(yǎng)四個(gè)禮拜做一件事情，反而是在病人身上自己解決了。
    恰恰我跟同學(xué)講課的時(shí)候常常談到我們組織工程搞了半天，但是一旦放到病人身上，血供沒有形成，而營養(yǎng)液沒有辦法供給，就像小孩子斷奶，你斷奶以后，不給他吃別的奶，他不餓死才怪。這樣一來，它就解決了餓死的問題。那么，它的局部血液供應(yīng)還是比較好的，而且從切片來看有活體細(xì)胞和骨組織。所以這樣的話，這個(gè)下頜骨應(yīng)該說是重建成功的活的下頜骨，不是死的。所以這一點(diǎn)，確實(shí)引起一些反響和轟動(dòng)。這里面，我估計(jì)圖片是太小了，箭頭指的都是一些活體細(xì)胞，這些活細(xì)胞一看就是活的。
    然后在2013年的時(shí)候，Levin搞了一個(gè)小腸，它就有血供出來了。這個(gè)是在病人背部的一個(gè)地方搞了一個(gè)氣管，這個(gè)病人的氣管沒有了，就在用組織工程的技術(shù)造了一個(gè)氣管，而且這個(gè)氣管跟周圍的肌肉是連在一起的。所以這一類的東西，給我們一個(gè)很深的印象，這個(gè)曲線圖就說明它的是有代謝的，它還在造骨。那么，開始有人用這個(gè)來發(fā)展藥物，人用一些東西代它，它放在肌肉里，里面可以放上病人的胰島，然后連肌肉一起搬家，搬到一個(gè)適合的地方，那么它用胰島素來治療糖尿病。這些東西都是利用病人自身的一些條件，來給他重建缺血供應(yīng)。
    其實(shí)就在那個(gè)前后，Lancet那篇文章是2004年的，實(shí)事求是我的學(xué)生韓東是2003年，提前了一年，所以不是受這篇文章的影響。但是這個(gè)問題出來了，他是一個(gè)顯微外科醫(yī)生，但是顯微外科醫(yī)生的特點(diǎn)是折騰血管是很有本事，他說我就給你搞一個(gè)帶血管的組織工程生長的東西，它可以搬來搬去，不夠長的話不要緊，我割斷了以后再小的血管也能把它接起來，那么他就能恢復(fù)血功能。所以我說那就好，你到我這里來做博士后。所以到了2003年的時(shí)候，他整整折騰了一年以后弄不起來。因?yàn)楫?dāng)時(shí)搞得太復(fù)雜了，搞了轉(zhuǎn)基因什么東西一起上，所以最后他是完成了另一個(gè)題目，總算博士后畢業(yè)。畢業(yè)以后，憑他的一技之長，他顯微外科做得非常好，所以我們醫(yī)院的手外科把他收進(jìn)去了，這樣他就變成了我們醫(yī)院的整形外科醫(yī)生，一直工作到現(xiàn)在。這次我來做演講的時(shí)候，我說你那個(gè)時(shí)候的東西還有沒有，有的話給我一點(diǎn)，這是他做的工作。

在人的身上和在動(dòng)物的身上，都有一個(gè)大家都知道而時(shí)常沒什么用的，叫做隱動(dòng)脈和隱靜脈，這個(gè)血管很長，但是它的管直徑很細(xì)，這里面的東西沒什么大用處，跟它一起的還有隱神經(jīng)。那么他就把這個(gè)血管剝出來，就在小腿內(nèi)側(cè)上方的地方，在血管周圍，把它的肌膜剝下來。肌膜剝下來以后，把它反過來，就把血管卷在里管，這個(gè)管里面再去放上一些β-TCP，就發(fā)現(xiàn)在這個(gè)管里面，它就會匹配成功。他同時(shí)也打了一點(diǎn)骨髓，那個(gè)骨髓里面，理論上來講應(yīng)該有一些細(xì)胞。再加上里面有一些間充質(zhì)干細(xì)胞，再加上β-TCP的作用，它就形成了一些骨頭，這是一個(gè)方法。這樣的話，隱靜脈在顯微外科醫(yī)生的手上是很粗很粗的，縫一縫是絕對沒有問題的，那么長的一個(gè)隱靜脈到哪里都可以接，所以這個(gè)思路非常好。然后他又做了一個(gè)，做了一個(gè)不是帶肌膜的，是帶骨膜的，帶筋骨內(nèi)側(cè)的骨膜，把骨膜剝下來以后做了一個(gè)，他就希望這將來變成一段骨頭，這段骨頭就可以移植，這是他做出來的東西。這是他的另外一種方法，他把骨膜翻轉(zhuǎn)，一翻轉(zhuǎn)可以看到隱靜脈，隱動(dòng)脈都在這里。這是長骨頭的情況，不詳細(xì)講了，有新骨形成，而且發(fā)現(xiàn)有血管網(wǎng)。當(dāng)然有血管網(wǎng)，因?yàn)殡[動(dòng)脈和隱靜脈一共就這么點(diǎn)血管，所以它的血液功能很快重現(xiàn)。所以這樣一來，這個(gè)“寶寶”沒有斷奶期，他始終有充分的血液的供應(yīng)，這就是它里面開始有很多的骨島出來，在這個(gè)骨島之間還有一些小的骨細(xì)胞的存在。
    這是一個(gè)故事，這個(gè)故事里面，實(shí)際上我們幾乎是跟國外的同步的，問題是我們當(dāng)時(shí)一開始沒有做成功，那個(gè)時(shí)候是2003、2004年，最后發(fā)表了兩篇文章，大概是2011、2012年發(fā)表，很厚的。他不死心，做了顯微外科主任以后又做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，大概是這樣一個(gè)情況，這是第一個(gè)故事。
    第二個(gè)故事發(fā)生得晚一點(diǎn)，是在2010-2013年這個(gè)階段。這個(gè)階段我們搞了什么？搞了雙相支架，這個(gè)支架是姜聞博博士做的。這個(gè)是因?yàn)槲耶?dāng)時(shí)招了一個(gè)博士，姓丁的，他是骨科醫(yī)生，他想搞一些3D打印的東西和組織工程的東西，來構(gòu)建一個(gè)關(guān)節(jié)。這個(gè)時(shí)候就找到了材料學(xué)院的博士生姜聞博，這個(gè)學(xué)生很能干，他自己搞了一個(gè)3D打印機(jī)專門打印支架，現(xiàn)在已經(jīng)改裝成了�，F(xiàn)在丁春明已經(jīng)離開我們醫(yī)院，而姜聞博在外面工作一段時(shí)間以后，應(yīng)聘到我們這兒做3D打印中心的副主任，是這么一個(gè)淵源。
    我們知道在關(guān)節(jié)里面，這是一種模式的情況，我們說關(guān)節(jié)的軟骨壞了，關(guān)節(jié)的軟骨和軟骨下骨是緊密相連的。所以在這種情況下，你只換軟骨，軟骨不是靠血液供應(yīng)營養(yǎng)的，它是靠組織、關(guān)節(jié)液來供應(yīng)營養(yǎng)的。所以在這種情況下，你單單換掉一片軟骨，實(shí)際上從骨科醫(yī)生來看是比較外行的。那么要怎么換？最好是把軟骨和軟骨下骨一起換，把這兩層?xùn)|西一起放進(jìn)去。這個(gè)時(shí)候，下面的骨頭和周圍受阻的骨頭連在一起，血供重建，來營養(yǎng)軟骨。而軟骨不能直接靠血供應(yīng)，只能靠組織液帶營養(yǎng)。那么這個(gè)軟骨和軟骨下骨連在一起，但是這兩者在組織結(jié)構(gòu)、細(xì)胞類型、發(fā)育生物學(xué)、生物力學(xué)等等方面完全不同。這兩種完全不同的組織居然貼在一起完全分不開，弄個(gè)刀子想在這個(gè)斷層里面斷進(jìn)去是斷不開的。所以這樣的話，兩個(gè)學(xué)生一起發(fā)明了一個(gè)雙相支架，這是很復(fù)雜的圖，我們今天就不要折騰它了，我把它弄得更簡單一點(diǎn)，幾條途徑：一條途徑是做軟骨的，一條途徑是做軟骨下骨，最后把這兩者合并在一起，構(gòu)成了一個(gè)完整的關(guān)節(jié)表面。
    這兩個(gè)部分的組織，上面長軟骨的一部分用的是PGA/PLA，下面長軟骨下骨的是用PCL+HA，一個(gè)是有利于軟骨細(xì)胞生長的，一個(gè)是有利于肩周干細(xì)胞生長的，要想辦法把這兩個(gè)東西扣在一起，這里面也有很多小故事。這就是剛才提到的姜博士的機(jī)器，這是他最近改裝成的，這個(gè)跟故事沒關(guān)系。
    所以他希望：第一，我打出來的東西，它的形狀是可控的，這在3D打印一點(diǎn)問題都沒有，這比平常組織工程的靠膠膜的好多了，它還有一個(gè)有利于長軟骨，一個(gè)有利于長骨頭，達(dá)到這個(gè)目的就行了，所以就涉及到所謂的CAM、BAM。
    怎么解決界面的問題？我們采取了一些措施。上面長軟骨的支架有很多小的纖維刺出來，而底下有很多的陷窩，給它嵌進(jìn)去。其實(shí)最后折騰了半天，這些東西都可以不要。最后舉了這么一個(gè)例子，大家都戴帽子，是不是一定要把這個(gè)帽子，用線縫在你的頭皮上？是不是要用螺絲釘釘在你的頭骨上？不需要的，我們帽子不是戴得好好的，只有極少數(shù)人的帽子被風(fēng)吹掉了。所以軟骨和骨，它在一定的時(shí)候，只要你一開始的時(shí)候戴著松緊剛好套住，它是不太會脫離的，慢慢兩個(gè)會長一起。也就是說我們什么都沒干，兩個(gè)長到一起了。開始有兩位澳大利亞來的女學(xué)生，她說她用線縫，縫了半天什么也沒縫上。
    所以在這個(gè)問題上，我想長話短說，我們兩邊都放了不同的細(xì)胞，上面一排是軟骨的一部分，我們種上軟骨細(xì)胞以后，慢慢地大家看到A3這個(gè)圖上有很多分泌出來的尖刺，這里面有骨細(xì)胞。下面一行是長骨頭的，底下那層種上的是間充質(zhì)干細(xì)胞，它慢慢向骨分化。
    2003年，給它做了一個(gè)掃描，替它做了一個(gè)山羊股骨頭，準(zhǔn)備等到一切就緒以后，把它的股骨頭切條，然后換上股骨頭，這個(gè)股骨頭包括軟骨，包括軟骨下骨。這個(gè)關(guān)節(jié)里面，已經(jīng)把軟骨和骨頭兩種完全不同的東西，作為一個(gè)整體搬家了。這需要10個(gè)禮拜，10個(gè)禮拜里面需要不停地更換營養(yǎng)液，在這個(gè)過程當(dāng)中如果污染了，那么就全部失敗。如果操作流程當(dāng)中溫度有太多的改變，那么也全部失敗。這個(gè)時(shí)候，就把這個(gè)東西，在一般的生物材料里面四，循環(huán)了兩個(gè)禮拜以后，看看挺好的，就把它放在一個(gè)松鼠的背上，就靠松鼠的血供和松鼠募集來的各種各樣的營養(yǎng)、其他的細(xì)胞或者是生長因子，就在它的身上培養(yǎng)了8個(gè)禮拜，加起來10個(gè)禮拜，最后拿出來是這樣一個(gè)東西，它上面一層是軟骨，下面都是軟骨下骨。
    4種不同的染色，都證明軟骨的生長是非常好的，它跟我們正常的關(guān)節(jié)軟骨幾乎難以區(qū)分。當(dāng)時(shí)我還死盯著他，就是說到底你這個(gè)是什么軟骨，你不要拿軟骨來充數(shù)，他說沒有，真的是從這里面培養(yǎng)出來的。那么這是軟骨下骨，我們可以看到還有一部分的支架未完全吸收掉，但是骨細(xì)胞這些都出現(xiàn)了。這個(gè)Micro-CT更加清楚了，白的是支架，紅的是活組織，隨著紅的越來越多，白的越來越少，將來全部被紅的替代。最值錢的是這幾張片子，就是上面是軟骨，下面是軟骨下骨，已經(jīng)沒法分辨，你找不到界限了，你要掰它掰不開，它完全變成了一個(gè)東西，這個(gè)東西的表面是軟骨，下面是類似于松鼠的軟骨下骨。
    所以這是他們兩個(gè)的成績，把這篇稿子整個(gè)前因后果寫出來，一個(gè)禮拜，不需要修改，我們接收了。其實(shí)這個(gè)稿子有一個(gè)問題，最精彩的沒有擺進(jìn)去，它怎么長的都有，理由很簡單，如果擺一次羊骨，肯定有時(shí)，你不擺羊倒沒事，所以這個(gè)羊就沒再做它。
    這是豬的長骨遠(yuǎn)端的關(guān)節(jié)，也依樣畫葫蘆，套個(gè)套子，底下是骨頭，最后給它換了一個(gè)腳掌的關(guān)節(jié)，也是成功了。
    所以這整個(gè)是按照方法去做的，而且能夠成功的。這在臨床醫(yī)生身上，覺得這種事情好做，為什么？駕輕就熟，肌肉搬家我們不怕，你去把它埋在一個(gè)什么肌什么肌，我們也熟悉，所以口腔科最喜歡，因?yàn)檫@附近的很多肌肉，他一翻上來就到臉上去了，什么背闊肌，都翻得上去的。
    再往下，干脆有一部分的軟骨壞掉，我們就把這部分軟骨換掉行不行？以前采取的辦法是把這塊軟骨削下來，然后在不重要的地方削一塊軟骨貼上去，或者在什么公司買一個(gè)什么東西貼上去換軟骨。換軟骨最大的一個(gè)問題，第一個(gè)你不固定，第二個(gè)你怎么提供營養(yǎng)？我們知道軟骨不是直接靠血管來提供營養(yǎng)，它主要靠周圍的關(guān)節(jié)液和組織液的營養(yǎng)。所以在這種情況下怎么換？要么不要換，要換連這個(gè)軟骨帶軟骨下骨一起不要它，再換一個(gè)軟骨帶軟骨下骨種下來，長讓軟骨下骨長，骨頭一兩個(gè)月長好了，上面靠關(guān)節(jié)液，靠底下深層的組織液營養(yǎng)它。這就是我們跟本來做的一模一樣，有點(diǎn)像定子一樣的，底下是軟骨下骨，上面一層帽子是軟骨，然后在兔子的骨上面挖一個(gè)洞，構(gòu)造一個(gè)人為的缺損，這個(gè)太簡單的，因?yàn)槟阋�貼一層膜上去，縫也沒法縫，弄也沒辦法弄，回去一掉就掉了，這個(gè)干脆像氣紐一樣一按，略微直徑比它大一點(diǎn)，嵌進(jìn)去就拔不出來了，固也不用固定，也不要打滴液，也不要門診，所以就這樣做了手術(shù)。我們發(fā)現(xiàn)這個(gè)地方幾乎是沒有差別的，非常好，像這個(gè)地方本來挖掉了一個(gè)洞，這個(gè)已經(jīng)完全停掉了。我們看到這上面是新長出來的東西，幾乎分不出來了，底下是軟骨，這是不同的染色。這是做的一些分析，確確實(shí)實(shí)證明它就是軟骨。這是軟骨下骨的表現(xiàn)。，可以看到這里面斷掉了。這里做了一些定量分析，確確實(shí)實(shí)可以看到它做出來這個(gè)界面上，我們可以看到它原來的軟骨下骨，這當(dāng)中有箭頭的地方是嵌進(jìn)去的地方，比較稀松，但是已經(jīng)交織在一起了，它跟周圍的骨頭，基本上是相似的。所以組織工程化的骨頭和軟骨復(fù)合體能夠很好地修復(fù)一些軟骨缺損，這個(gè)缺損的方法就是連軟骨下骨一起置換，這樣就可以得到一個(gè)比較好的結(jié)果。
    所以3D打印技術(shù)和組織工程技術(shù)，我們?yōu)槭裁匆欢ㄒ�把它分得那么清楚？它本身有很多的知識，像生物3D打印都有很多的知識完全可以借鑒組織工程，而把很多組織工程不足的地方，它有不能完成的地方，3D打印給它完成掉，這樣就把兩者融合在一起。再去做上一個(gè)活體生物反應(yīng)器，就把10個(gè)禮拜的培養(yǎng)大大縮短到只要一兩個(gè)禮拜，其他的時(shí)間都是在活體上，這個(gè)活體將來就是人，就是病人自己。這樣的話，他們的異物反應(yīng)就沒有了，而且你做的時(shí)候可以用他的骨髓，埋在他自己身上，然后在他自己身上從東搬到西，就完成這么一個(gè)任務(wù)。所以這樣一來，倫理這一關(guān)比較容易得多地得到通過。
    大概是做了這些報(bào)告，小學(xué)生，希望各位老師多加指導(dǎo)，謝謝！