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農業副產物開發做為醫療骨填補材之潛力

農業科專服務小組/楊舜堯 專案經理

在農業生產與加工之過程,常伴隨農業副產物之產生,且缺乏妥善利用,包括畜產業之屠宰下腳料、農業疏果後之廢棄幼果及水產業產生之牡蠣殼等等。而這些農業副產物可依其功效性物質或成分,具有開發為機能性食品、化粧品、醫療材料及藥品等加值產品之潛力,並能增加產品利潤與降低環境負擔。因此,如何將農業副產物加值再利用,成為科學家努力的方向。墨西哥塔毛利帕斯自治大學(Universidad Autónoma de Tamaulipas)研究團隊利用食品加工業產出之雞骨與蝦殼分別製成為骨填補材與幾丁聚醣膜,用兩者組合搭配應用於牙科手術。

雞骨之主成分為氫氧基磷灰石(hydroxyapatite),與人骨組織的成分相同(人骨無機成分中約含60-70%氫氧基磷灰石),具有潛力作為骨科與牙科手術之骨填補材。此外,源自於生物體之氫氧基磷灰石含有鈉、鉀、鎂、鍶、氟及氯等元素,相較於化學合成之氫氧基磷灰石有更高的骨再生效率,研究團隊將雞骨乾燥後研磨成顆粒,以1000℃高溫處理30分鐘,再將雞骨顆粒磨碎到可以通過400 mesh孔徑大小之篩網,做為實驗用之雞骨骨填補材。

蝦殼富含幾丁質,幾丁質經脫乙醯處理後可得幾丁聚醣(又稱為甲殼素,chitosan),其特性為具有生物相容性、生物活性以及成膠性,因此適合開發為傷口敷料與手術縫合線等醫療器材。研究團隊將蝦殼浸泡於高濃度的氫氧化鈉於70℃下處理2小時,接著以清水沖洗中和pH值並乾燥,再以醋酸與甘油混合液處理,最後產生之膠狀物乾燥後取得幾丁聚醣膜。

兩種材料的組合概念為,以富含氫氧基磷灰石之雞骨顆粒作為骨缺損的填充基質,再覆蓋上蝦殼幾丁聚醣膜,保護血塊與防止其他組織進入骨缺損部位,促進骨缺損部位修復與再生。此方法可應用於植牙過程中的導引骨再生手術(guided bone regeneration)等外科手術。

研究團隊對兩種材料進行性質與安全性評估試驗。雞骨骨填補材經成分分析,接近人骨組織的無機成分,適合做為骨填補材。為了確保材料安全性,分別進行雞骨骨填補材與蝦殼幾丁聚醣膜之細胞毒性試驗之安全性試驗,結果顯示兩種材料都不具有細胞毒性。動物試驗則以紐西蘭兔進行骨大缺損試驗,以手術在兔子顱骨上製造大範圍缺損,填入雞骨骨填補材,覆蓋上適當尺寸之幾丁聚醣膜,將傷口縫合,對照組則不填入任何材料,經過6-8週復原後再進行分析,動物試驗結果顯示,雞骨骨填補材與蝦殼幾丁聚醣膜之搭配組合能有效誘導新生骨產生,證實應用之可行性。

墨西哥研究團隊證實雞骨與蝦殼具有開發為醫療器材之潛力,臺灣亦有企業執行農業業界科專計畫,以臺灣國產土雞骨做為原料開發骨填補材,此外,國內學術界亦有將豬骨等動物骨開發為骨填補材等相關研究。除了骨填補材,不同農業副產物亦能開發為多元生醫材料之潛力,如魚皮或豬皮能開發為生醫級明膠或膠原蛋白以及從豬眼或雞冠萃取玻尿酸等多種應用。如何將農業副產物妥善運用,已然成為全球趨勢,且隨著科技與技術研發提升,預期未來將產出更多農業副產物加值應用之新穎技術與新興商品,透過多元與創新之循環經濟模式,大幅提高其應用價值,達到有效減少農業廢棄物產生與創造產值之農業循環經濟目標。

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