坚硬的金属材料一直是骨折后内固定手术的首选，但患者愈合取出金属内固定时，往往会造成二次手术创伤。

不久前，由空军军医大学西京医院雷伟教授、冯亚非副教授团队和中科院上海微系统所陶虎研究员团队共同开发的可降解蚕丝螺钉，能够利用其在人体环境中发生酶解的特性，实现在人体内功能修复的同时逐渐降解，并最终不在宿主体内残留，进而避免了二次手术取出。该螺钉是世界上首款实现人体内应用的可降解医用蚕丝骨钉，突破蚕丝骨科植入式医疗器械的临床产品空白，标志着人体内固定领域开启了蚕丝应用的新时代。

立足临床需求 瞄准金属材料缺陷

在长期的临床应用过程中，金属材料逐渐显现出三大缺陷：一是金属内固定往往需要二次手术取出，大大增加了患者的痛苦及经济负担。二是金属的力学强度远远超过骨骼，导致应力遮挡，显著影响骨折愈合。另外，部分金属材料术后无法进行CT和磁共振拍摄；即使钛合金材料可以进行检查，也存在明显的伪影，螺钉周边模糊一团，严重影响影像观察的效果。

如何消除应力遮挡，研发与骨骼力学匹配性更适宜的材料？如何实现材料体内的安全降解，远离二次手术带来的伤害？又如何避免金属材料伪影，让患者不再为术后影像检查担忧不已？让人类摆脱金属内固定的束缚，这是摆在医学家和科学家面前的重大课题。

针对目前金属材料的缺点，科学家与医学家进行无数尝试，研制出基于金属的镁、无机羟基磷灰石和合成有机聚乳酸（PLA）等可吸收螺钉。据团队成员相庚讲师介绍，目前临床已经应用的“聚乳酸可吸收螺钉”是由聚乳酸材料加工而成，属于合成有机材料。聚乳酸通常在植入体内后12-18个月后降解为乳酸，又进一步分解成水和二氧化碳，无须二次手术取出，有效缓解了患者的痛苦和经济压力。而镁合金作为体内降解的金属材料，具有良好的力学强度和生物相容性，其内固定产品也已经进入临床试验阶段。但有报道称目前的可吸收螺钉仍存在降解速度过快、螺钉周边迟发型炎症反应，降解部位无法实现骨替代长入等问题，限制了可降解材料在临床上的推广。

随着材料科学技术的不断发展，可吸收内固定材料的不断完善，作为天然有机材料的蚕丝越来越受到科学家们的关注，而蚕丝蛋白材料也被科学家们视为最有希望的生物材料之一。

专注技术攻关 实现蚕丝化茧成“钢”

中国是最早养蚕缫丝的国家，孕育了辉煌的蚕丝文明。现如今，蚕丝在医疗领域同样展现出巨大潜能。那具有良好生物特性的柔软蚕丝，能否用作坚强的骨科内固定呢？受此启发，雷伟团队联合陶虎团队，历经多年技术攻关，成功突破了蚕丝临床应用的技术壁垒，研发出新型可降解蚕丝接骨螺钉。

美国食品药品监督管理局（FDA）和我国食品药品监督管理总局（CFDA）先后批准蚕丝及其提取的蛋白可用于生产创伤辅料；美国环保组织环境工作组（EWG）将蚕丝评为最优级绿色原料和产品。蚕丝更被证明是生物毒性极低、免疫原性极小的优良医用材料。

既往观点认为，可吸收螺钉的机械性能弱是限制其应用的主要原因。因此，如何让蚕丝由“柔软”变“坚硬”是首先要解决的难题。陶虎研究员介绍，从溶解后的蚕丝中提取蚕丝蛋白作为原始材料，通过一系列生物制造技术制成，这是一种区别于蚕丝纺织品的新科技材料、新技术路线。其中，蚕丝蛋白的分子量和结晶水平是影响骨钉力学性能和降解特性的核心因素。经过无数次试验的失败和坚持不懈的调试，终于实现了硬度与降解性的平衡，达到了体内螺钉固定的要求。

而当蚕丝螺钉植入体内以后，人体又需要它适时由“有形”变“无踪”。冯亚非副教授介绍，螺钉植入体内初期降解速度极为缓慢，以保证骨折坚强固定的需求；植入1年后螺钉逐渐酶解，降解产物为氨基酸和多肽，可完全被人体吸收，没有任何毒副作用。临床前研究证实，蚕丝螺钉在体内3年的降解率超过80%。该螺钉性能合理，降解时间与弹性模量合理设计，有效减少并发症的发生。

精诚合作 完成世界首例应用

今年5月份，患者张强（化名），不慎扭伤，造成左股骨远端骨折。由于骨折部位靠近关节面，使用金属螺钉固定时应力过大，会影响骨折愈合；一年后还需要手术再次取出，造成二次创伤。患者入院之后，团队经过详细探讨病情、细致阅片后决定，该患者符合蚕丝螺钉固定的适应证。术中使用蚕丝螺钉对骨折块进行牢靠固定，术后的CT片中没有任何伪影，可以清晰地看到骨折块已经完全复位，解除了患者二次手术取出的负担和困扰。

据悉，这已经是第五例在西京医院接受蚕丝接骨螺钉的患者了。早在今年三月份，一名髋臼及股骨头骨折的患者在西京医院骨科接受了蚕丝螺钉固定手术，成功实现了世界首例可降解蚕丝骨钉的人体内应用。患者术后三个月复查时，已可以下地行走，无需借助护具保护。术后复查显示骨折已完全愈合，螺钉植入部位未发现明显的免疫排斥反应，体现出良好的生物相容性。

技术查新显示，国际尚无蚕丝蛋白材料在人体内骨科应用的临床实例。该项目已正式通过西京医院学术委员会和科研伦理委员会审批，进入临床试验阶段。2020年受邀参加在上海召开的全球技术转移大会，是陕西省唯一参展的医疗产品。

“可降解蚕丝材料的研发和临床应用，解决了金属内固定应力遮挡、二次手术、伪影干扰的三大缺陷。”在雷伟教授看来，蚕丝材料所展现出的优良力学性能、生物学性能和降解性能，必将为骨科植入物市场带来新的解决方案和发展动力。未来还将拓展应用于脊柱外科、神经外科、口腔医学等诸多领域，惠及更多患者。

文/科技日报记者 史俊斌

编辑/范辉