可植入式并可降解的新型生医材料 

Implantable and degradable new biomedical materials

一、巴斯特医用可植入式并可降解的新型生医材料

 　　组织工程再生医疗用的高阶医疗器材生医材料。主要应用领域包括伤口照护、牙科、骨科、眼科、医学美容整形外科、心血管专科、神经外科等领域。人体细胞靠着胶原蛋白在细胞外间质（extracellular matrix）的黏合形成组织，各种组织又靠着胶原蛋白接合形成器官，各部位的器官靠着胶原蛋白接合形成一个具有生物功能性的完整个体，没有胶原蛋白器官组织将崩解。相对的，如果将器官组织中的细胞移除，剩下的结构就是胶原蛋白所接合形成的支架。人体器官组织受损时，通常胶原蛋白支撑结构也同时受损，若能快速实时修护支架就能迅速复原受损器官组织。目前临床医学上常用器官组织修护支架材料来源大致有四大类：自体材料（autografts）， 异体材料（allografts），异种材料（xenografts），合成生物材料。

　　自体材料，一般临床上，是从病患本身正常部位切取所需之材料来修补受损部位，通常，自体材料的取材过程不可避免的造成病患另外一处受损伤口。异体材料（allografts）与异种材料（xenografts），分别取自人或动物如牛、羊、猪、马等之器官组织材料，来修护病患受损部位，这两类材料在使用于病患之前必须将移植之器官组织材料内的细胞、脂肪及游离蛋白质清除干净，才能避免在病患体内引起过敏反应或排斥现象。合成生物材料包括常用之胶原蛋白、透明质酸、聚乳酸、褐藻胶等生物性材料或是复合材料。这些材料经过特殊纯化程序纯化成生医等级的原料后，再重组成各种型态的修护材料。但重组之材料强度及孔隙度与天然结构不同，且重组过程中不可避免地使用化学制剂进行修饰、改质、交链，化学制剂的残留会引起过敏反应，造成此类材料临床应用之限制。

　　基于这些材料的优点与限制，巴斯特科技积极开发”医用可植入式并可降解的新型生医材料”，也同步建构了一系列独特的制程及材料技术。

二、医用可植入式并可降解的新型生医材料制备之关键技术

(1)生医材料超临界结构重整处理技术

　　生医材料超临界结构重整处理技术系利用特定物质的超临界流体 (Supercritical fluid, SCF)的状态，来进行原始原料的结构重整。透过控制处理剂的温度、压力，使其超过液、气共存温度及压力延长线上的临界点，形成非气、非液均匀流体相(超临界相或超临界流体)。

　　物理性质介于液相与气相，同时具有类似液体流动性、密度和溶解度，质传效果佳，几无表面张力；兼具类似气体的可压缩性、高扩散性、低黏度和分子运动速度及碰撞机率，因此很容易渗入多孔性组织，并造成结构重组。巴斯特生医材料超临界结构重整处理技术所使用复合处理剂进入超临界状态后，对有机性物质的亲和力大幅上升，因而具备溶解有机物的能力，且密度接近液体，具有良好溶媒特性，可溶解、携带组织物质，重组结构。

三、组织工程与再生医学应用潜能

1. 组织工程与再生医学(Tissue and Regenerative biomedical Engineering)

　　组织工程再生医学(细胞疗法)有三个要素：细胞、细胞支架及讯息。细胞泛指体内的干细胞或具有修护功能的体细胞，细胞支架在体内指的就是天然胶原蛋白支架，讯息则是泛指体内血液循环中所提供的生长因子、细胞激素或任何可以刺激细胞生长、分化、执行修护等功能的讯号因子。有了这三要素的结合我们可以修护体内很多部位的组织器官缺损或病变。

　　当体内器官组织有病变或损伤时，胶原蛋白支架同时受到破坏，实时的提供一个天然胶原蛋白支架到病变缺损的部位，有助于细胞对缺损病变的器官组织再生修护。

　　传统胶原蛋白支架是从动物组织里纯化胶原蛋白，再将纯化之胶原蛋白透过纤维诱导程序重组成各种不同型态的胶原蛋白支架。纯化再重组的支架，其结构与天然支架结构有相当大的差异，机械强度也不如天然支架。巴斯特科技利用超临界流体结构重整技术，进行生物组织的结构重组，以获得完整的脱细胞天然胶原蛋白支架材料，保留天然孔隙结构及机械强度，去除过敏原、组织及化学残留。

2. 细胞治疗(Cell Therapy)与器官工程(Organ Engineering)

     天然胶原蛋白支架结构结合具有组织修护功能的干细胞或是体细胞，可以进行人体各部位组织器官的病变或缺损的修护。透过细胞支架，提供细胞贴附生长之结构空间，干细胞的修护功能将有效提升，减少细胞凋亡或漂流。

3. 学术及临床论述

(1)    Biological and Pre-clinical Evaluation of Designed Surgical Biodegradable Membranes Derived from Small Intestinal Submucosa of Rabbit for Bone Regeneration

(2)    Biological Evaluations of Novel Surgical Complex Sponges with Type I /Type III Collagens via Electrospray Ionization Mass Spectrometry and Quantitative Detections【Basic & Clinical Pharmacology & Toxicology Vol.125, p214-215 (2019)】

As an increasing target pig age from three weeks to nine weeks, the content of type I collagen would be gradually increased from 25.81% to 42.17% and the content of type III collagen would be gradually decreased from 10.35% to 8.54%.

(3)  Preclinical Evaluations and Morphology of Deigned Collagen III/I Complex Dressings with ECM Microstructure Derived from A Combination Procedure with Supercritical Carbon Dioxide Fluid Process for Diabetic Foot Ulcer Wound Managements【Basic & Clinical Pharmacology & Toxicology Vol.125, p 211-212(2019)】

The pig with target age of three months containing 49.72% of collagen I and 7.88% of collagen III were employed to prepare new ECMCCD-III/I for further clinic applications such as diabetic foot ulcer wound managements. Collagen III is beneficial for self-healing of skin damages and collagen I devote to the physical properties of the dermis.

(4)  Characteristics and Micromorphology of New Collagen Scaffolds Derived from Supercritical Fluid of Carbon Dioxide with Alcohol Cosolvents【(Advances in Engineering Research (ISSN 2352-5401) 2019)】

TABLE Ⅰ. THE CHEMICALS USED ALCOHOL CONCENTRATION TYPE, SCF TIME AND CO-SOLVENT CAPACITY

(5)   New Collagen Scaffolds with Extra Cellular Matrix Derived from Treatments of Supercritical Fluid and Protease in Low Temperature【(Advances in Engineering Research (ISSN 2352-5401) 2019)】

(6)   Preparation of New Acellular Dermal Collagen Scaffolds via Combination of Phytoproteinases and Supercritical Carbon Dioxide Treatments【(Advances in Engineering Research (ISSN 2352-5401) 2019)】