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SENSE隨筆150106被栽種的身體

SENSE隨筆150106
被栽種的身體
執筆人：蟬

幾乎所有醫療手段都以協助身體自行修復為目的。 的確，人體擁有相當優越的自我復原能力，即使看似無法生長的部份，如堅硬的骨骼，其實也能夠增生修復。 例如簡單的骨折情況，可將斷口兩端以金屬枝架連接，再用石膏將折處固定，以待其自行癒合。石膏plaster這種方便而有效的物料，土耳其人早在19世紀已經懂得這樣使用。

骨骼其實像肌肉一樣，會因應使用狀況而發生變化。 泰拳拳手以硬物在腳脛上面滾動加壓，便是為了刺激脛骨增生； 相反，航宇員在太空艙長期生活，會因失重導致骨骼出現弱化現象。

〈無處不在的義肢〉
除了石膏，現代醫療技術運用不同的有趣物料為療傷服務。 自古以來，人類不斷受到牙痛困擾。 歐洲在19世紀中開始廣泛使用一種由銀、錫、水銀等物料製造的「汞合金amalgam」作為牙齒填充物料。 據德國人類學家Czarnetzki研究指出，汞合金早在唐朝已在中國應用於牙齒修復，並紀錄在顯慶年間出版的《細說本草》當中。

除了牙齒，關節內個別部分也欠缺自我修復能力。韌帶ligament是一種帶有彈性的結締組織，功能將骨骼連接。 韌帶內沒有血管，發育完成後並不需要養份，所以不會生長或修復。 把肌肉和骨骼相連的是 腱tendon，腱雖然會修復，但是過程緩慢困難。
運動員經常進行的「伸展運動stretching」，即所謂“拉筋”，是不能改變腱的長度或柔韌度的，腱的長度是先天的。 拉筋的實際效用是增加肌肉的柔韌度，而韌帶可以透過適當的動作拉長，以減少運動受傷的機會。

較輕微的創傷如韌帶斷裂，醫生一般會在身體其他部分“偷取”相同組織用作修補。 過程中需要使用部件將有關組織固定在骨骼上面，金屬螺絲便應運而生了。
但是我們的身體對停留體內的物料相當敏感，大部份金屬會被排斥或被身體內部的生化反應影響其性質（包括不銹鋼在內）。 眾多金屬當中，鈦titanium最為勝任內置任務。 鈦除了不會被身體排斥，不會在體內引起化學反應，還可以與體骼產生「結合osseointegration」： 骨骼細胞會在鈦的表面上生長並將它“融合”，就像樹根抓住泥土一樣。***

另一個因人類壽命延長而變得常見的難題是關節退化，很多時候是由於一些不能重生的部分受損所引起，髖關節hip joint退化便很常見。 髖關節是一個簡單的球節ball joint，關節一面為球形，而另一面則呈球洞形。在運動的時候，骨球能夠在球洞內大幅度轉動，是一個極具彈性的關節結構。 為了避免活動時兩者之間過度摩擦，在骨骼連接部分的表面長有一層軟骨cartilage用作緩衝。
然而軟骨並不是骨，這種硬度介乎肌肉與骨骼的組織也是不能自我修復的，軟骨經過長年累月磨損，會慢慢消失，令運動摩擦時產生極大痛楚。 現時醫學界唯一的解決方法是把整個髖關節以鈦金屬人造關節代替， 但人造髖關節的壽命只有10年左右。

〈“種”出新天地〉
幹細胞stem cell研究改變了一切。 以軟骨為例，與韌帶不同，它由活生生的細胞組成，稱為 “軟骨芽細胞chondroblast cell”。 軟骨芽細胞現時已成功由幹細胞培植。 但事情並非如此簡單，軟骨芽細胞並不能在非原生的環境habitat成長為軟骨，故直接將培育出來的細胞打進關節不能解決問題。

Bioglass

科學家為此構思出「scaffolding支架」方法：先按照細胞原生的狀況打造出一個支架scaffold，將細胞放在支架內。 這個研究取徑早在60年代已由美國軍方展開，但一直苦於無法找到合適的物料去打造支架。
1969年佛羅里達大學生物醫學教授Larry Hench發明了「Bioglass生物玻璃」，並發現很多不同類型的芽細胞會在不同配方的生物玻璃上生長，並在過程中把生物玻璃消耗掉，而身體也不會對生物玻璃有排斥反應。 Hench因此成為生物物料研究大獎Acta Biomaterialia Gold Medal 2014年的得獎者。

被種植出來的氣管

近年3D打印機的興起也為幹細胞研究作出不少貢獻。英國UCL教授Seifalian在2011年為一名病人以新方法修復氣管：他先以電腦掃描取得病人的氣管形狀，然後以類似Bioglass的物料透過3D打印機塑造出一個氣管型支架，把幹細胞在支架上培養，“種植”出一條新的氣管，並且成功地將之移植於病人體內。

各位或者會有疑問：如果幹細胞技術如此神妙，人類豈不是可以將體內器官以新換舊，從而長生不老？ 可惜的是，所謂的「老化aging」現象並不是因為器官年久失效，而是因為身體的自我修復系統隨年紀增加最終變得越來越容易出錯。**** 就算將一個剛“種植”出來的年青器官成功移植至一名老人身上，該器官遲早也會被錯誤百出的修復系統弄壞。長生不老在可見將來仍是一個幻夢。

參考：
《Stuff Matters: Exploring the Marvelous Materials That Shape Our Man-Made World》, 2014, Mark Miodownik
本書為英國皇家科普書獎2014年得獎者.