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创建严重骨缺损修复救治新技术

——记2020年度国家科技进步一等奖获得者空军军医大学裴国献、郭征教授团队
来源:陕西科技报 | 日期:2021-12-03
            文/陕西科技报记者  周 励   图/空军军医大学西京医院
空军军医大学西京医院骨科裴国献、郭征教授领衔完成的“严重战创伤骨缺损修复救治体系与关键技术”研究成果,获2020年度国家科学技术进步奖一等奖。
该项目在国际上首创严重骨缺损四大分类新标准,创建骨缺损救治新技术,形成骨缺损救治新体系。成果已应用在全国380多家医院,救治10万余患者,将严重肢体骨缺损的保肢率从23%提升到91%,极大提升了我国严重肢体创伤的修复救治水平,为人民群众的生命健康、提高生命质量、生活幸福带来福音。
裴国献教授
                    ■首创严重骨缺损四大分类新标准
科研团队历经20余年研究,在严重骨缺损修复救治体系与关键技术领域取得重大突破,在世界上首创长段骨缺损、超长骨缺损、感染骨缺损和复合骨缺损四大严重骨缺损分类新标准,提出“移植变再生、机械变仿真、延期变同期、截肢变保肢”救治新理念,攻克传统修复时间长、感染率高、并发症多等瓶颈,大大提高了严重骨缺损的保肢率。
多年来,研究团队先后实施世界首例骨缺损3D打印假体复合腓骨移植术、世界首例3D打印肱骨近端假体治疗肱骨近端粉碎骨折术、世界首例渐变仿人体骨骼结构支撑棒临床治疗股骨头坏死等系列创新技术……
针对长段骨缺损,研究团队应用组织工程再生骨,实现由移植变再生,首次提出血管神经与组织工程骨同步构建理论,研发并转化系列组织工程骨材料,成功实现世界首例长段骨缺损组织工程骨修复。
针对超长骨缺损,研究团队应用3D打印仿真假体,实现由机械变仿真;首次提出仿生梯度孔隙设计假体构建新理念,假体并发症发生率由33%降低至3.1%。
郭征教授
针对感染骨缺损,首创抗感染活性骨同期修复新技术,实现由延期变同期;首创“抗感染”与“骨修复”同期治疗新模式;自主研发抗感染活性骨,治愈 率由59.1%提升至88.7%。
针对复合骨缺损,在国际上也是第一个创立“健供式环路移植”新术式,实现由截肢变保肢;国际上首次创新设计“健供式环路移植”新术式,成功实现骨与软组织复合缺损保肢修复,手术成功率100%。
这一系列历尽艰辛、来之不易的研究成果,曾荣获军队(省部)级一等奖6项;发表SCI论文近200篇,被他引2997次,主编专著12部;写入国际权威专著及教科书6部;获发明专利26项,医疗器械注册证1项;制定行业标准及共识5项。
研究团队还发表了全球首篇3D打印个性化假体骨缺损修复论著,主编世界首部数字骨科学专著《Digital Orthopaedics》,牵头成立SICOT中国部数字骨科分会和中华医学会数字骨科学术组织,创建数字骨科学。
              裴国献教授(右三)指导学生。
                  ■27年矢志严重骨缺损修复世界难题
裴国献教授是我国数字骨科首倡者和领军人物,西京骨科医院原院长。他提出了骨组织工程研究,在国际上率先提出血管、神经与组织工程化组织与器官同步构建的新理论。现任国务院学位委员会学科评议组成员、国家自然科学基金评审专家、中华医学科技奖评审委员会评委、国际复合组织移植学会秘书长等职务,曾取得多项具有国际先进、亚洲首创及国内领先的创新性成果,先后获得“全国首届中青年医学科技之星”“国家级有突出贡献中青年科学技术专家”“全国百千万人才工程首批人选”等称号。
他感慨地说:“此次获奖的系列成果是多年团队的智慧心血。研究成果的产出依靠了多年的传承与创新,这种沉淀是日积月累的,而且得有一个好的平台、好的团队。”
裴国献介绍,我国每年由于交通事故、自然灾害等造成的肢体创伤患者超过300万人。严重肢体创伤具有骨缺损范围广、软组织创伤重和感染发生率高等特点,传统修复方法截肢率高达77%,而自体骨、人工骨、同种异体骨移植及骨搬运等方法,均无法解决临床根本需要。
面对严重骨缺损修复救治技术的骨科世界性难题,在继承西京医院骨科胡蕴玉团队探索感染骨、长段骨缺损成果的基础上,1996年起,裴国献带领团队利用组织工程技术,围绕骨种子细胞筛选和扩增、神经血管与骨的同步构建技术及分子机制、临床转化关键技术等课题,开展进一步研究。
团队经过18年集智攻关,依次完成从小动物、大动物、高级动物,到人体骨髓来源的系列骨髓基质干细胞培养与表型鉴定,建立起标准制备流程,研发出系列高效、符合临床需求的干细胞扩增技术及关键设备,并在国际上首次提出血管、神经与组织工程骨同步构建的理论,成功开展国际首例大段负重骨缺损组织工程骨修复临床试验。
郭征教授术后观察植入效果。
郭征教授现在是西京骨科医院副院长、骨肿瘤骨病科主任、博导。从事骨科诊治 30余载,还担任中华医学会医学工程学分会数字骨科学组组长、中国医师协会骨科医师分会3D打印专业委员会副主任委员等职务,获评陕西省卫计委“三秦最美医生”称号。
2003年,郭征教授在国内最早大胆提出3D打印钛合金假体重建骨缺损的想法,并迅速组建了一支包括基础医学、临床医学、材料学、物理学和工程师多学科团队,克服学科间沟通不畅、假体生产工期长等难题。
2014年3月27日和4月3日,对于中国骨肿瘤外科个体化医疗来说,是具有重大意义的时间节点。郭征团队将3D打印技术制备的钛合金假体分别植入3名骨肿瘤患者体内,实现了世界首例3D打印肩胛骨钛合金假体和锁骨钛合金假体应用临床、亚洲首例骨盆钛合金假体应用临床的诊疗创举。
从1994年胡蕴玉研发的抗感染活性骨,到裴国献攻关的组织工程骨,再到郭征以3D打印技术实现骨缺损精准修复……27年来,西京骨科团队以攻克严重复杂骨缺损修复救治为奋斗目标,在传承中创新、在创新中实践,一直为研究成果的临床应用转化而筑基铺路、艰辛耕耘。         
                     郭征教授(中)术前指导年轻医生。
              ■10万余名患者受益背后的不懈探索
翻开西京医院骨科临床应用的发展史,接续传承、矢志创新是永恒的关键词:1973年国内首创肌力平衡术治疗婴幼儿先天性马蹄内翻足,1986年世界首例十指离断再植术获成功,1991年世界首创重组合异种骨应用临床……
此外,国家重点研发计划项目和国家自然科学基金重点课题等22个大项目形成的前沿成果,也接续在这片创新高地产出。
一项医学研究成果要成功应用于临床,从来都不是一蹴而就的事情,首先需要大量的应用基础研究,这个过程也是对身心的一种考验。
复合骨缺损患者的环路移植新术式研究,需要高超的显微手术技术,但显微外科手术是个体力活,费眼、劳颈、伤手。为了开展一项动物实验,裴国献教授需要长时间盯着硬币大小的手术视野,一坐就是几个小时。由于长期弯腰勾头,他患上了颈椎病,发作起来头晕恶心,有段时间常常彻夜难眠,而左手长时间捏着肉眼根本看不见的针不停地缝合,手部肌肉萎缩严重、常年麻木。他也试着让自己慢下来,但每当有重大研究实验和临床技术开展,依然会出现在工作了数十年的手术战位上,再苦、再累从不会抱怨。
在科研记录本的扉页上,郭征教授写下这么一句话:守住寂寞,静待花开。这既是给自己的寄语,也是他数十年科研征程践行的信念。
由于郭征带领团队开展3D打印材料的骨科基础研究起步早,多孔钛合金新材料相关的加工设备、生产工艺、力学特性以及体内外生物学效应等诸多未知均需要解决,尤其是需要进行临床前大动物评价,其对手术、饲养和维护条件的要求非常苛刻。
经过多方打听联络,郭征把宁夏固原市作为大动物实验基地。一个周末,带着博士硕士团队和几大箱实验器械,乘坐夜行火车来到了固原市。“当时,我们用的动物实验室,就是当地农民家里的柴房改造的,墙面破败只能拿报纸糊起来。”回想起刚到固原艰苦的工作环境,他至今记忆犹新。
(裴国献教授团队为甘肃孔先生成功修复长达12CM的大段骨缺损。)
从机制理念构建,到基础研究探索,再到救治体系成型,剩下的就是应用临床,转化为救治效应。
2014年,35岁的甘肃孔先生(化名)遭遇拖拉机碾伤,腿部开放性骨折,小腿最重要的支撑骨——胫骨缺损达12厘米,经过一年多治疗仍然面临截肢的危险。2015年8月3日,裴国献带领团队用“种”骨头的方法,为他“再生”了缺损的胫骨,这也是世界首例通过组织工程方法修复的长度12厘米的负重骨骨缺损病例,实现了国际性难题的重大突破。孔先生术后22个月后,就可以快步行走、上下楼梯、搬移重物了。
这样的科研故事和成功救治病例还有很多很多。27年来,在裴国献、郭征教授的带领下,团队成员们携手攻关,永不气馁,弘扬着医者仁心的崇高精神,努力推动我国骨科学科走在了世界前列!

作者:周励 | 责任编辑 | 丹若
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