模拟海洋生物能治疗骨质疏松症吗?

如果你能在体内注入一种神奇的物质，不需要进行侵入性手术就能修复破损的部分，那会怎么样呢?如果这种物质能让你的身体生长并修复呢?如果这种物质是由地球上最常见的元素组成的呢?

惊人？是。闻所未闻？不，不是真的。这很材料已经在医疗行业自90年代中期所采用，确实已成为过去十年最成功的生物医学方法之一。它是合成骨水泥及其发展，是适用于发明者和产品开发经验仿生设计的经典故事。

诺里安的名字为它的发展提供了线索。它的发明者不是一位医生，而是一位海洋生物学家和地质学家。诺里安是上三叠纪地质时期的一个分支，其特征是古无脊椎动物鹦鹉螺的出现。石质珊瑚礁被认为始于三叠纪中期。

布伦特Constantz并没有真正思考的医疗发明他在爸爸的书房观看足球比赛一屁股坐在了一天。他开始仔细阅读一些父亲的医学期刊和我读到一篇文章来了骨质疏松症。他通过展示自己的成本，患者和医院的统计数据感到惊讶。几天后，他在南太平洋研究珊瑚当他把两个想法在一起。

为什么不模仿珊瑚快速产生矿物质的方式，并用它来治疗骨折呢?基本材料是一样的。在骨愈合中，时间是至关重要的，目前的做法还不够充分，因为大多数种植体涂层和缺损填充物是相对脆的陶瓷。

珊瑚提供了线索

Constantz已经是生物矿化专家，国家科学基金会的资助下，在研究加勒比海珊瑚礁，而在加州大学圣克鲁兹分校。后来，他会成为下亨氏Lowenstam的魏斯曼研究所认为生物矿化研究的父亲富布莱特学者。他的论文涉及scelerotinian，或石，珊瑚的三个方面：它们的结构和力学性能;生物合成过程中的行为;他们如何产生它们的骨骼。

组成珊瑚的动物是anthozoans的刺丝胞动物门，包括动物，例如果冻，水螅和海葵的不同分类中的一类无脊椎动物。该石珊瑚组成的四大类群形成珊瑚礁之一。在此主要是海洋和完全食肉俱乐部，你可以浮动或锚自己的表面，并且许多他们的寿命内一举两得。珊瑚与藻类产生的糖，以换取从息肉保护和营养的浪费互利共生关系。

当珊瑚锚定自己的时候，它们就像大群附着的珊瑚虫一样，它们用碳酸钙或石灰做水泥。例如，澳大利亚东北海岸的大堡礁就是一个巨大的蜂群，它们建在距今1万年的祖先外骨骼残骸上。

蜂群中的每一个珊瑚虫都会从其下身的表皮上分泌一个碳酸钙或霰石的外部骨架，这将在生物周围形成一个杯子。这个杯子是由向上辐射的钢板和软组织连接而成。这些珊瑚坚硬的矿物骨骼和柔软的胃管组织会结合在一起，所以当珊瑚在晚上通过在水里摆动触手觅食时，每个人都在吃东西。

在他的珊瑚调查，Constantz做了重点的发现：息肉细胞内的高尔基体中形成可用于复制特定珊瑚物种在试管晶种。就在那时，他已经播种这些晶体，使道路等人工建造的愿景。

诺利的初期

他推出了诺利在1987年，当时他是美国地质调查局的博士后。该公司最初的目标是使晶种类似物，以便原位生长骨骼。到1995年，诺利队“由骨矿物相的原位生成骨骼修复”在科学中，美国科学院期刊进行动物和程序的人体试验，并予以公布。这是一年中最引期刊文章并展示了如何注入磷酸二氢钙，磷酸三钙，碳酸钙和磷酸钠溶液，糊成受损的骨创建一个有效的水泥。

注入的粘贴快速硬化，从碳酸磷灰石结晶获得了力量遏制。作为该结晶dahllite越来越多，材料的压缩强度增大，最终达到约55 MegaPaascals（兆帕）的最终强度，有超过2MPa的拉伸强度。这比抗压强度松质骨好，拉伸强度相媲美。

这种新方法在初始骨修复中是成功的，但是它作为新骨生长的支架是最有价值的。dahllite模拟了在天然骨骼的矿物相中发现的晶格无序和杂质，以及最重要的，天然物质的溶解度。这就允许人体使用碳酸，通过管道穿过这些物质，扩展它的毛细血管并进行改造，从而使这些物质充满必要的营养和细胞。实际上，注射的磷酸钙与新的天然骨形成了一种复合材料。

推广这种方法有它的挑战，因为正如康斯坦茨所说，“产品是由客户制造的。”他回忆起瑞典打来的一个电话，电话中一位88岁的老妇人在手术台上待了4个小时，但当他们使用水泥时，水泥还没有凝固。

“我向他们解释关键的体温是如何来设定，”他说。“当然，这已经在止血带这么长的时间后受到损害。”

公司建立了一整套的培训体系来介绍这种方法。

康斯坦茨和诺里安团队继续对最初的产品进行改进，他的跨学科能力再次被证明是有用的。他们想要使水泥更具可注射性，同时又不因稀释或其他副作用而影响凝结时间。从他对以滑溜著称的海岸缺氧软泥的海洋地质特征的研究中，他知道钙和磷酸盐矿物与二氧化硅结合在一起产生了这种效应。该团队能够将这种化学物质整合到水泥配方中，并由此成立了一家新公司——Skelekinetics。

Norian后的生活

Constantz通常与问题，劳动力开始做一个自然的解决方案，将工作，而不是寻求申请的观察到的现象。他相信他的下吉姆情人节，在加州圣巴巴拉大学的进化论者培训，他的做法。

“设计师和发明家需要更多的进化训练，”他说。“在这里，你可以看到什么成功了，为什么成功了。”

达沃斯，瑞士的Synthes公司，收购了诺利在1998年强生公司后来买Synthes公司;现在它的产品被称为诺利骨骼修复系统（SRS）。

Constantz回到斯坦福大学任教以来已经形成了一些新的公司，包括卡莱拉，碳捕获和水泥生产运行，蓝色星球，深水海水淡化业务。另外，SRS过程现在使用“环游世界”，他估计一百万患者通过过程中，许多中国每年供应。

他面无表情地说:“他们现在肯定还干得不错。”“我还在收到版税支票。”

x射线图像由Jesper Jensen via在上面。