人工韧带材料研究新成果！华山运动医学陈世益教授团队携手复旦学者登Nature子刊

2023年5月4日，华山医院运动医学科陈世益教授作为共同通讯作者、万方作为共同第一作者在《自然》(Nature)子刊《自然纳米科技》(Nature Nanotechnology，IF=40)上在线发表了题为Hierarchical helical carbon nanotube fibre as a bone-integrating anterior cruciate ligament replacement（《骨整合型多级螺旋碳纳米管纤维用于前交叉韧带移植》）的研究论文。

人工韧带重建前交叉韧带技术是国际热点，可以避免取腱并发症，创伤更小、强度更高、恢复更快，使得早期康复重返运动成为可能，对职业运动员和运动爱好者来说意义重大。

目前使用PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）材料编织的LARS人工韧带在中国已经有20多年的临床应用历史。理想的人工韧带材料需要强度高，粘弹性适中，耐摩擦抗疲劳，生物诱导性强的特点。PET材料由于具有缺乏粘弹性、生物诱导性弱、远期疲劳等缺点，会增加手术难度。此外，由于PET材料的惰性，在腱骨愈合方面能力较差，还可能导致骨隧道扩大和移植物失败。

以往通过对PET材料表面改性，一定程度上能改善这些缺陷，但是复合涂层材料在临床应用中具有不稳定性。至今尚未有腱骨结合的强而持久的高性能移植物。寻找一种更加理想的人工韧带新材料，一直是复旦大学附属华山医院运动医学科和复旦大学高分子系合作科研的重要目标。在连续七年孜孜不倦的探索和研究过程中，通过多层面多维度的反复实验和论证，终于有了突破性的进展。

2023年5月4日，复旦大学附属华山医院运动医学科陈世益教授作为共同通讯作者、万方作为共同第一作者在《自然》(Nature)子刊《自然纳米科技》(Nature Nanotechnology，IF=40)上在线发表了题为Hierarchical helical carbon nanotube fibre as a bone-integrating anterior cruciate ligament replacement（《骨整合型多级螺旋碳纳米管纤维用于前交叉韧带移植》）的研究论文。两位作者在原创概念、实验设计、动物实验、组织学、生物力学测试、稿件写作和审阅等方面作出主要贡献。

该研究中，课题组制备了一种新型的取向碳纳米管纤维材料，通过模拟韧带的天然多级取向性结构，进行仿生组装，将碳纳米管从纳米尺度制备成宏观尺度的碳纳米管韧带移植物，并且保留了高强度、耐磨、粘弹性适中的特性，此外，纤维之间形成的纳米、微米通道使得碳纳米管韧带表面积远高于传统移植物，具有强大的骨诱导能力。

通过体外和体内实验证实，和PET韧带相比，碳纳米管韧带移植物具有更加优秀的生物力学性能，能够兼顾生物诱导性，通过多条信号通路激活自体骨组织再生长。兔实验术后13周时的韧带与骨有充分结合，骨道缩小41.9%，最大拔出力是PET韧带的1.4倍，碳纤维韧带的3.6倍。超过21月的羊实验观察证实碳纳米管韧带能够充分恢复关节稳定性，让实验羊能够正常跑跳。

人工韧带自从发明以来，由于材料和设计缺陷等各种原因，在临床应用上一直有争议，而自体腱、异体腱由于取材损伤，组织库来源受限和组织库质量问题，临床失败率较高，恢复时间长，重返运动效果不满意。华山运动医学团队在陈世益教授的带领下，20多年来逆流而上，敢于创新和实践，积累了大量人工韧带基础科研和临床实践的证据和经验，多次在国际舞台上发声，现在各国已经有不少学者逐渐对人工韧带产生浓厚兴趣。

我国运动医学要做到弯道超车，达到世界先进水平，离不开我国独有的人工韧带技术的实践经验。该研究在人工韧带发展历史上具有重要意义，如果碳纳米管人工韧带能够在产学研医合作下顺利进入临床使用，将会是人工韧带的二次革命。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41565-02301394-3

作者丨万方 陈世益