关节炎对于中老年人来说并不陌生，但关节炎处理不当，病情加重，则可能需要人工关节置换手术，也就是用人工制造的植入体，替代患病关节的功能……
但你或许不知，人工关节其实蕴含了许多奥秘，比如：如何更好激活骨细胞功能、抑制术后并发症、延长关节使用寿命以及降低植入体材料的成本价格等等，这是重庆大学生物工程学院蔡开勇教授与团队一直聚焦的研究内容……
蔡开勇教授
九成人工关节依赖进口，价格还贵
记者了解到，在重庆三甲医院中，90%以上的人工关节都依赖进口，成本费用高达近十万元。目前的人工关节置换手术较为复杂，常规人工关节的使用寿命一般为12至15年，术后还将面临二次置换手术的风险。即便不换，若出现二次翻修，也有可能导致患者出现细菌感染的风险。
“我们一直在思考，如何找到更好的生物医用材料，高效的对缺损组织器官及其功能进行快速修复。”蔡开勇教授介绍，生物医用材料的最终目标就是实现生物体的诊断、治疗修复甚至替换病损组织器官。
蔡开勇教授团队主攻的研究方向就是通过更好地激活骨细胞功能，延长人工关节的使用寿命，并且降低人工关节的成本。“简单来说，如果能把使用寿命延长，避免二次手术，不仅能解决翻修时面临细菌感染的风险，还能节约患者的医疗费用。”他介绍道。
“同样部位的人工关节，我们自主研发的人工关节有望节约30%左右的医疗成本。”蔡开勇教授表示。
蔡开勇教授与学生在进行实验
自主研发人工关节，这最为关键
记者了解到，人体植入物最容易出现“排异”反应，那么如何做到不排异？蔡开勇教授表示，因每个人骨质状况具有差异性，导致个体的骨微环境存在差异。因此，设计并构建出能适应个体化微环境的人工关节，能够对损伤关节进行自我调节和骨修复，这是人工关节研究的关键科学问题。
“目前，人工关节可以定制化制造，根据个体骨骼特征所生产。”蔡开勇教授说，利用3D打印技术虽然能快速制造出个性化人工关节，但依然存在一个严峻的问题。3D打印人工关节的制备过程需要熔融颗粒，熔融颗粒是以微米为单位，3D打印过程中可能会导致熔融颗粒脱落，引起一系列的不良反应，比如炎症和骨质疏松。“这些不良反应的持续进行，极易导致二次手术，攻克植入物的炎症问题是我们人工关节研究的方向之一。”蔡开勇教授说道。
俗话说“伤筋动骨一百天”，这也反映一个医学道理，就是一百天内是骨头恢复的黄金期。如何让骨头长合？则需要主动诱导成骨细胞分化，抑制破骨细胞活性。蔡开勇教授向记者解释道，团队目前的生物活性人工关节能够有效诱导干细胞的成骨分化，促进成骨和组织诱导再生，延长人工关节的使用寿命，避免患者二次手术所造成的经济压力与感染风险。
深耕近20年 依然保持好奇与兴奋
除了人工关节的研究，蔡开勇教授也一直研发具有抗肿瘤效应的纳米药物控释系统。“通过纳米颗粒把药的特异性递送到肿瘤中，定向爆破癌细胞并减少患者的毒副作用，延长患者的生存期。”蔡开勇教授说，治疗疾病并非仅仅是临床医生的研究课题，生物医学工程在保障健康以及重大疾病的预防、诊治、康复方面都发挥了重要作用。
“生物医学工程是一个应用学科，也是一个交叉学科，我本人也是交叉学科的受益者。”蔡开勇教授告诉记者，他的本科和硕士阶段都是化学、化工领域，在攻读博士学位时，他才将研究方向转向了生物材料研究。而后又因为生物细胞研究的深入开始聚焦于材料设计，因此对生物材料产生了极大的兴趣。
“我当时是由于个人兴趣而研究生物工程，生物与我们的生活、健康贴合得更加紧密，生物工程能够对生物体进行有效地修复、诊断。”蔡开勇教授表示，看似不相关的领域，实质上都是生物材料在其中发挥着重要作用。
另外，蔡开勇教授认为，兴趣和好奇是科学研究的第一动力。从博士毕业到现在，蔡开勇教授已在生物材料领域深耕近20年，他依然对这个领域保持着一如既往的好奇与兴奋。时至今日，他即便是在家里，看文献、看材料，常常一坐就是一整天。
由于科研工作和研究方向一直都是跟着兴趣走，蔡开勇教授更能体会“兴趣”和“自由”在科学研究中的重要性。为此，他经常鼓励学生“自由生长”，遵循学生自己的科研兴趣和方向，“这不仅会让学生感受到科研的趣味，更能沉浸于自己的科研工作中。”
上游新闻·重庆晨报记者 付迪西 摄影 刘力
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