港大医学院临床医学院研发出一种新光电流感应涂层，用于进行骨科手术，可缩短植入物在体内与骨骼融合的时间，相关研究已于《先进功能材料》期刊发表。
香港大学李嘉诚医学院临床医学学院矫形及创伤外科学系杨伟国教授率领的研究团队发现，在现行的骨科手术中，当植入物植入患者体内后，骨免疫组织微环境的紊乱可能导致植入物松脱，有机会延长康复时间，引发术后并发症，某些情况下甚至会排斥植入物，导致手术失败。因此，团队研发了一种光电流感应涂层物料，可按需要调控巨噬细胞（Ｍacrophages）分化，减少植入物植入初期产生的急性炎症。该过程包括以近红外光照射植入物表面涂层物料，产生光电流，引发巨噬细胞中钙离子内流增加，从而创造一个更适合的骨免疫组织微环境，增强间充质干细胞（Mesenchymal Stem Cells，MSCs）的聚集达到成骨，有利骨骼与植入物融合。
异物反应
当患者身体植入金属支架等异物时，会触发异物反应（Foreign Body Reaction，FBR），过程涉及多种细胞及分子，影响骨骼与植入物的融合效果，当中名为巨噬细胞的免疫细胞是最先作出反应的细胞之一，并对后续骨骼与植入物融合的过程起决定性作用。植入物一经进入人体，这些免疫细胞会变得活跃，并随即引发急性炎症反应，释放免疫细胞激素，例如肿瘤坏死因子（Tumor Necrosis Factor-alpha，TNF-α），以促进间充质干细胞聚集并启动骨骼再生。
炎症反应通常在植入手术后一至两天最为严重，但每个患者的免疫周期各有不同，如因病理原因无法及时调节炎症，可能会发展为慢性炎症，导致纤维囊形成、骨再吸收、植入物酶降解，以及骨骼与植入物延迟融合等问题，最终导致身体排斥植入物。医学文献记载，超过10％的植入物排斥案例源于植入物松脱，因此在炎症初期主动调控病人骨骼和植入物之间的免疫组织微环境，能及时防止发展为长期炎症，对骨骼与植入物融合效果和稳定性至关重要。
推动新型生物材料开发
现时广泛用于骨科手术的钛及其合金植入物表面具有一层自发形成的以二氧化钛（TiO2）薄膜，虽然对骨细胞和细菌无毒，但TiO2的特性限制了其对近红外线（Near Infrared，NIR）回应的性能；而近红外线因为能穿透生物组织而广泛应用于抗菌和癌症治疗。在这项研究中，港大医学院团队使用羟基磷灰石（组成骨骼和牙齿的主要成分）为原材料，研发出一种能与光电流感应的植入物涂层，这个涂层经近红外线照射时便会产生光电信号，及时减轻急性炎症，主动调控巨噬细胞分化行为，根据患者情况建立有利的免疫环境促进骨骼与植入物融合。这样的调节能促进间充质干细胞的招募达到成骨，最终加快骨骼与植入物的融合速度，令植入物更加巩固。
团队在研究胫骨缺陷动物模型中发现，这种新涂层显著加速骨骼与植入物融合，由28天缩短至14天，足足一倍之多。这是首次利用光电流以非侵入性方式调节免疫细胞的研究，这项发现有望推动新型生物材料的开发，使其能够远程控制局部的免疫环境。
研究及实验结果显示，植入物与骨骼成功融合能加速患者术后康复。研究团队计划研究应用此技术于人工关节置换手术，例如本港甚为普遍的膝关节置换手术。
杨伟国教授说：「团队研发的人工涂层，成功以非侵入性方式，按患者的免疫周期和需要调控巨噬细胞的分化行为，并在动物实验中证实这种方法能显著加速骨骼与植入物的融合达一倍。我们期望在未来研究中，进一步开拓此人工涂层在骨科手术上的广泛应用，从而提升患者的术后康复效果。这不仅对骨科手术的成功率有着深远影响，也为解决植入物排斥等临床问题提供崭新方向。」3
