重磅：《执牛耳者：造骨之人》专访上海大学校长、中国科学院院士刘昌胜，揭秘能造骨的神奇“水泥” 他被称为生物材料领域的“泥水匠”
能造骨的神奇“水泥”并不是真的水泥，它其实是专门用于人体的生物材料。过去在骨损伤治疗当中有一套“金标准”——自体移植，就是用患者自己的骨头来做缺损修复，但这种“拆东墙补西墙”的治疗方法，不仅骨头来源受限，还容易造成取骨区的继发畸形，修复效果普遍不理想。
而中国科学院院士刘昌胜率领团队研制的这种生物材料——“骨水泥”，利用“搭桥过河，过河拆桥”的原理，打破了传统骨修复的“金标准”。“骨水泥”能够任意塑形，根据缺损的部位去填塞，并且能够在体内的环境中迅速固化，形成人体骨头的无机成分，成为一个支架，这一步相当于“搭桥”的过程。不仅如此，它还有利于新骨爬行、替代长入，在长入的过程中间，材料逐步被降解掉，降解以后腾出位置来形成新的骨头，这一步便是“拆桥”的过程。
这位院士，深耕20余年，造福超30万例患者！
骨头可以说是人体中最坚硬的组织，骨组织一旦产生病变或者无法发挥正常机能，就会严重影响人们的正常生活生产。而在一众材料学家中，就有这么一位“敢咬硬骨头”的专家，几十年如一日与骨修复相关生物材料研究“死磕到底”。这就是我们本篇文章的主人公：刘昌胜院士。
具有分级多孔结构的磷酸钙-镁骨材料
刘昌胜课题组在1995年年初完成了制备技术研究。在上海市科委组织的鉴定和国家教育部主持的中试技术鉴定中，专家组给出的评价都很高。这一国产人工骨的问世，在骨科临床也引起了不小的轰动，“自固化磷酸钙人工骨”也在国内同类研究中第一个获得了临床批件。基于自固化磷酸钙人工骨，华东理工大学和刘昌胜团队投资组成了民营高科技企业——上海瑞邦生物材料有限公司，商业化经营人工骨材料，目前已广泛应用于骨科及口腔科等领域。凭借从无到有的人工骨研制以及在临床上的成功应用，刘昌胜获得了2003年度国家科学技术进步奖二等奖。
生物活性骨水泥
虽然骨水泥在促进骨修复方面具有强大的作用，骨本身的“自愈力”相当有限，断口超过1毫米就无法自己长好。因此，另外找到一种让骨头加速生长的“催化剂”，并将其与骨水泥联用就显得非常必要了。骨形态发生蛋白2（BMP-2）是目前已知成骨能力最强的生长因子，因此将其负载于骨修复材料上，能有效促进断骨再生。
在大型动物中植入CMMS/rhBMP-2支架
沿着这一思路，刘昌胜等人开发了一种“支架材料+骨生长因子”的骨修复技术（Biomaterials, 2011, 32,8506-8517），可将2-3厘米的断裂骨头修复如初。如果裂骨原本有桥接，最多可长出5厘米新骨。在这一技术中，研究人员合成了具有分级宏观/介孔结构的可生物降解钙/镁掺杂二氧化硅基支架（CMMS），并将重组人骨形态发生蛋白-2（rhBMP-2）掺入支架中，以获得用于骨缺损功能修复的成骨因子递送的杂化系统。所开发的CMMS/rhBMP-2支架具有互连的多孔网络、大孔（200-500μm）和中孔（5.7nm），以及良好的生物活性和生物相容性和适当的降解速率。CMMS/rhBMP-2支架结合输送离子和生长因子的能力，显著促进了骨髓基质细胞（bMSCs）的体外成骨分化，Runx-2、骨桥蛋白、骨钙素和骨唾液蛋白的表达增强证明了这一点，并成功诱导了小鼠大腿肌袋中异位骨的形成。
为了解决BMP-2的生产问题，刘院士团队采用基因工程技术，在原核生物中成功表达出骨形态发生蛋白-2（rhBMP-2）。通过攻克重组菌株的发酵和蛋白纯化、精制等过程的系列关键技术，得到高纯度rhBMP-2产品，实现生产稳定性。在此基础上，刘昌胜团队与医院、企业合作，开发了一系列具有高生物活性的人工骨材料，将rhBMP-2用于骨修复材料的活性化修饰，突破了生长因子活性维持和控释等关键难题，制备出具有高成骨活性的骨修复材料。临床研究病例显示出优良的治疗效果，可明显促进骨生成，加速骨愈合。这对大段骨缺损及骨再生能力弱患者的治疗具有重要意义。。这一项目，在2014年获得了国家自然科学奖二等奖，在2022年又揽获上海市技术发明奖特等奖。
刘昌胜院士简介
刘昌胜，男，1967年6月生，湖北黄石人。现任上海大学党委副书记、校长，教授，中国科学院院士。1996年毕业于华东理工大学并获博士学位。1992年-2019年5月在华东理工大学工作，历任助教、讲师、副教授、教授、博士生导师，2015年7月-2019年5月任华东理工大学党委常委、副校长，2019年6月至今任上海大学党委副书记、校长。1996年入选上海市科技启明星，2000年入选教育部跨世纪优秀人才，2004年获得国家杰出青年科学基金，2006年入选“新世纪百千万人才工程”国家级人选，2007年获上海市科技精英，2010年获全国优秀科技工作者。2012年承担国家重大科学研究计划项目任首席科学家。国家自然科学基金委创新群体学术带头人。2017年11月当选中国科学院院士。国际生物材料学会联合会会士，美国医学与生物工程院会士。他长期从事生物材料的基础与应用研究，发展了多种活性骨修复材料以及生长因子制备和材料活化新技术；所研制的自固化磷酸钙人工骨获产品注册证并已在临床上获得广泛应用。申请发明专利71项，其中授权发明专利50项（美国授权专利4项）。发表SCI收录论文300余篇，包括Chemical Review、Science Advances、Biomaterials等本领域著名期刊40余篇。出版中、英文专著（教材）5本。获得国家自然科学奖二等奖、国家科技进步奖二等奖（均排第一）、何梁何利基金创新奖、全国杰出专业技术人才、中国青年科技奖、上海市青年杰出贡献奖、上海市先进工作者、Bioactive Materials Lifetime Achievement Award等奖励或荣誉称号。
