人類的身體就像台精密的生物儀器，體內的組織與器官構造不容易被仿造。隨著3D列印（積層製造）技術發展，「仿人體研究」的侷限不斷突破，以臨床醫學內科的骨骼修復工法來說，該技術攸關人工骨骼材料的革新。
本月初，有研發團隊聲稱受到風靡全球的速食啟發，打造出「熱狗般」（Hot Dog-Like）仿生材料的結構，這項成果使得人造骨頭的支架有更好的人體適應與修復效果。
在骨骼系統的疾病與創傷治療當中，修復重大骨骼的缺損一直是現代醫學的重大挑戰，植入骨骼支架是目前最常見的修復方法。3D列印技術幫助了修復工程得以運用可分解材料製作生物支架（bioscaffold），簡化了生產時間並減少人工骨頭對使用者的副作用。
不過，除了材料的考量，還得完美仿造出原生骨骼的多層結構，這些複雜的骨質結構發揮「傳送」與「儲存」營養的作用，這也是無法用硬度極高的金屬置入體內取代人骨的原因之一。
隸屬中國科學院的上海矽酸鹽研究所（SICCAS）受到熱狗的結構啟發，於本月8日在《先進科學》雙周刊發表使用3D列印的直寫成形術（DIW）與雙向冷凍澆注法（bidirectional freezing process）打造的「類熱狗生物材料」支架。
與以往的3D列印多孔型支架（porous scaffold）不同，傳統多孔支架至多能做到大小不一的孔洞，用來幫助骨細胞生長，分布不一的孔洞卻無法形成連續孔道結構進一步幫助循環。
SICCAS的類熱狗生物材料（簡稱H-AKT）支架，究竟跟自歐美發跡的食物「熱狗」關聯為何？
具體而言，該支架以孔徑約1毫米的中空生物材料陶瓷管作為主體（模仿熱狗的條狀麵包），嵌入直徑小於500微米（μm）的條狀生物陶瓷棒（模仿熱狗的肉腸），這些「肉腸」由直徑約30微米的微孔均勻排列而成，構築一層層的連續孔洞構造。
類熱狗支架分層結構，有效改善骨細胞生物活性
研究指出，熱狗狀的生物陶瓷支架，微米／奈米大小的分層結構對生物材料的屬性有著很大的影響，生物的骨骼就是保有自然的分層結構，足以讓組織細胞運輸和儲存營養物質。
在SICCAS為期8週的效果測試，HD-AKT被植入實驗用兔的體內，判斷其是否能有效修補兔子缺損的股骨；結果該生物陶瓷不但沒有引起發炎反應，新形成的骨骼細胞在「熱狗支架」的層狀孔道（hierarchical rods）長成新的骨組織，證明了該支架有助骨細胞增生與分化（differentiation）。
此外，如同熱狗結合麵包與肉腸提供人們能量和營養，經過測試，HD-AKT藉由模仿熱狗的實際分層結構，強化了兔骨隨細胞的藥物與蛋白質傳遞，成功改善人工骨骼支架傳遞營養物質的潛力。
SICCAS的研究表明，類熱狗生物材料，在生物組織工程、再生醫學與藥物投用領域都有良好的的應用前景。或許人們身旁不起眼的事物，都有可能成為某項創造性工作的靈感來源。
責任編輯：蕭閔云
資料來源：Advanced Science、臺大醫院
