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         可植入式并可降解的新型生醫材料 

        Implantable and degradable new biomedical materials

        一、巴斯特醫用可植入式并可降解的新型生醫材料

           組織工程再生醫療用的高階醫療器材生醫材料。主要應用領域包括傷口照護、牙科、骨科、眼科、醫學美容整形外科、心血管專科、神經外科等領域。人體細胞靠著膠原蛋白在細胞外間質(extracellular matrix)的黏合形成組織,各種組織又靠著膠原蛋白接合形成器官,各部位的器官靠著膠原蛋白接合形成一個具有生物功能性的完整個體,沒有膠原蛋白器官組織將崩解。相對的,如果將器官組織中的細胞移除,剩下的結構就是膠原蛋白所接合形成的支架。人體器官組織受損時,通常膠原蛋白支撐結構也同時受損,若能快速實時修護支架就能迅速復原受損器官組織。目前臨床醫學上常用器官組織修護支架材料來源大致有四大類:自體材料(autografts), 異體材料(allografts),異種材料(xenografts),合成生物材料。

          自體材料,一般臨床上,是從病患本身正常部位切取所需之材料來修補受損部位,通常,自體材料的取材過程不可避免的造成病患另外一處受損傷口。異體材料(allografts)與異種材料(xenografts),分別取自人或動物如牛、羊、豬、馬等之器官組織材料,來修護病患受損部位,這兩類材料在使用于病患之前必須將移植之器官組織材料內的細胞、脂肪及游離蛋白質清除干凈,才能避免在病患體內引起過敏反應或排斥現象。合成生物材料包括常用之膠原蛋白、透明質酸、聚乳酸、褐藻膠等生物性材料或是復合材料。這些材料經過特殊純化程序純化成生醫等級的原料后,再重組成各種型態的修護材料。但重組之材料強度及孔隙度與天然結構不同,且重組過程中不可避免地使用化學制劑進行修飾、改質、交鏈,化學制劑的殘留會引起過敏反應,造成此類材料臨床應用之限制。

          基于這些材料的優點與限制,巴斯特科技積極開發”醫用可植入式并可降解的新型生醫材料”,也同步建構了一系列獨特的制程及材料技術。

        二、醫用可植入式并可降解的新型生醫材料制備之關鍵技術

        (1)生醫材料超臨界結構重整處理技術

          生醫材料超臨界結構重整處理技術系利用特定物質的超臨界流體 (Supercritical fluid, SCF)的狀態,來進行原始原料的結構重整。透過控制處理劑的溫度、壓力,使其超過液、氣共存溫度及壓力延長線上的臨界點,形成非氣、非液均勻流體相(超臨界相或超臨界流體)。

          物理性質介于液相與氣相,同時具有類似液體流動性、密度和溶解度,質傳效果佳,幾無表面張力;兼具類似氣體的可壓縮性、高擴散性、低黏度和分子運動速度及碰撞機率,因此很容易滲入多孔性組織,并造成結構重組。巴斯特生醫材料超臨界結構重整處理技術所使用復合處理劑進入超臨界狀態后,對有機性物質的親和力大幅上升,因而具備溶解有機物的能力,且密度接近液體,具有良好溶媒特性,可溶解、攜帶組織物質,重組結構。

        三、組織工程與再生醫學應用潛能

        1. 組織工程與再生醫學(Tissue and Regenerative biomedical Engineering)

          組織工程再生醫學(細胞療法)三個要素:細胞、細胞支架及訊息。細胞泛指體內的干細胞或具有修護功能的體細胞,細胞支架在體內指的就是天然膠原蛋白支架,訊息則是泛指體內血液循環中所提供的生長因子、細胞激素或任何可以刺激細胞生長、分化、執行修護等功能的訊號因子。有了這三要素的結合我們可以修護體內很多部位的組織器官缺損或病變

          當體內器官組織有病變或損傷時,膠原蛋白支架同時受到破壞,實時的提供一個天然膠原蛋白支架到病變缺損的部位,有助于細胞對缺損病變的器官組織再生修護。

          傳統膠原蛋白支架是從動物組織里純化膠原蛋白,再將純化之膠原蛋白透過纖維誘導程序重組成各種不同型態的膠原蛋白支架。純化再重組的支架,其結構與天然支架結構有相當大的差異,機械強度也不如天然支架。巴斯特科技利用超臨界流體結構重整技術,進行生物組織的結構重組,以獲得完整的脫細胞天然膠原蛋白支架材料,保留天然孔隙結構及機械強度,去除過敏原、組織及化學殘留。

        2. 細胞治療(Cell Therapy)與器官工程(Organ Engineering)

             天然膠原蛋白支架結構結合具有組織修護功能的干細胞或是體細胞,可以進行人體各部位組織器官的病變或缺損的修護。透過細胞支架,提供細胞貼附生長之結構空間,干細胞的修護功能將有效提升,減少細胞凋亡或漂流。

        3. 術及臨床論述

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

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

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        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 ManagementsBasic & 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.


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        (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

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        (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)】

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        (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)】

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