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    3D打印用于骨缺損治療的研究進(jìn)展

    2023-03-21 14:43:09岳曉錕米雪蓮蘇治孔維慶王天暢馬振江毛遠(yuǎn)青王金武
    關(guān)鍵詞:植入物骨組織異體

    岳曉錕,米雪蓮,蘇治,孔維慶,王天暢,馬振江,毛遠(yuǎn)青,王金武

    骨缺損主要是由高能量創(chuàng)傷、關(guān)節(jié)翻修、病理性骨折、骨腫瘤切除、骨髓炎清創(chuàng)等引起,在臨床工作中其治療仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。目前傳統(tǒng)治療手段主要有牽引成骨[1]、同種異體骨移植[2]、自體骨移植[3]和假體置換[4]。在所有臨床可用的移植物中,自體骨具有來(lái)源有限、供體部位并發(fā)癥發(fā)生率高和延長(zhǎng)手術(shù)時(shí)間的缺點(diǎn),但仍然是骨替代的“金標(biāo)準(zhǔn)”[5]。同種異體移植物或異種移植物具有免疫反應(yīng)并發(fā)癥、疾病傳播風(fēng)險(xiǎn)和缺乏成骨特性的缺點(diǎn),這可能導(dǎo)致骨吸收、骨不連、治療失敗,因此其應(yīng)用也受到限制[6-8]。有些骨缺損形狀不規(guī)則,常規(guī)移植物很難滿足植骨需求。近年來(lái),3D打印技術(shù)發(fā)展迅速,在醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用越來(lái)越廣泛,特別是在治療骨缺損方面應(yīng)用較多,本文對(duì)該技術(shù)在骨缺損治療的最新研究進(jìn)展方面進(jìn)行綜述,并對(duì)具有研究前景的生物3D 打印組織工程支架做重點(diǎn)介紹。

    1 3D打印在骨缺損修復(fù)手術(shù)前的應(yīng)用

    隨著材料工程和醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的不斷發(fā)展,3D打印可通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(computer aided design,CAD)進(jìn)行三維重建,根據(jù)個(gè)性化模擬制造出大小、形態(tài)完全一致的實(shí)體三維模型,應(yīng)用骨缺損修復(fù)中的術(shù)前診斷和手術(shù)模型,直接或間接地提高了手術(shù)精準(zhǔn)度。

    薛嬌等[9]使用數(shù)字三維重建聯(lián)合3D 打印技術(shù)在血管化腓骨移植修復(fù)重建下頜骨缺損手術(shù)前重建出下頜骨三維數(shù)字模型,以健側(cè)上頜骨為原型,復(fù)原出患側(cè)缺損處三維模型,制作3D打印模型,在此模型上進(jìn)行移植腓骨的設(shè)計(jì)制備,對(duì)重建固定板進(jìn)行術(shù)前精準(zhǔn)預(yù)彎,實(shí)際手術(shù)與模擬手術(shù)的效果一致,節(jié)省了術(shù)中彎制重建板的時(shí)間,使移植腓骨與下頜骨斷端精密接合,術(shù)后面型恢復(fù)良好。Han 等[10]使用3D 打印技術(shù)輔助治療1例股骨骨折導(dǎo)致的巨大骨缺損,在使用打印的骨模型進(jìn)行手術(shù)之前,選擇形狀預(yù)先一致的同種異體骨作為骨缺損的補(bǔ)片,所有步驟均在術(shù)前打印模型進(jìn)行模擬,然后進(jìn)行手術(shù),術(shù)后復(fù)查X線片、國(guó)際肌肉骨骼腫瘤學(xué)會(huì)(Musculoskeletal Tumor Society,MSTS)評(píng)分,隨訪1~27 個(gè)月功能恢復(fù)持續(xù)良好。杜俊煒等[11]利用3D 打印技術(shù)輔助外固定架治療下肢復(fù)雜性骨缺損,術(shù)前制定計(jì)劃并進(jìn)行手術(shù)預(yù)演,使手術(shù)更精準(zhǔn)、更微創(chuàng),術(shù)后患者依從性好、滿意度高。

    采用3D打印技術(shù)進(jìn)行骨缺損修復(fù)術(shù)前設(shè)計(jì)和模擬可以最大限度提高手術(shù)成功的可能性,提高假體設(shè)計(jì)和手術(shù)過(guò)程的可行性,提供比傳統(tǒng)方法更準(zhǔn)確、更有效的手術(shù)效果,保證了精確可靠的手術(shù)結(jié)果和預(yù)后。

    2 3D打印骨植入材料修復(fù)骨缺損

    2.1 臨床常用骨植入物

    2.1.1 自體骨移植:自體骨移植是骨缺損修復(fù)的“金標(biāo)準(zhǔn)”,因?yàn)樗鼡碛兴璧乃刑匦?,同時(shí)保留了完全的組織相容性[5]。由于生長(zhǎng)因子的存在,它具有成骨性和骨誘導(dǎo)性,明顯的組織相容性,可以提供結(jié)構(gòu)上的支持,并含有活的成骨細(xì)胞,且不會(huì)傳播疾病[12]。使用自體骨移植的缺點(diǎn)是其供應(yīng)量有限,且大量使用自體骨移植容易發(fā)生骨質(zhì)吸收[13]。采集自體骨會(huì)增加時(shí)間和失血量,并且可能需要全身麻醉,從而增加了手術(shù)的難度。供體部位可能發(fā)生包括感染、長(zhǎng)時(shí)間的傷口引流、再次手術(shù)、持續(xù)6 個(gè)月以上的疼痛和感覺(jué)喪失等并發(fā)癥。Younger和Chapman[14]回顧了243例自體骨移植,20.6%的患者出現(xiàn)輕微的并發(fā)癥,被描述為淺表感染、輕微的傷口問(wèn)題、暫時(shí)的感覺(jué)缺失及輕微的或可緩解的疼痛。

    2.1.2 異體骨移植:異體骨來(lái)源豐富,形態(tài)大小不受限制,現(xiàn)較為廣泛的用于臨床。臨床上,異體骨通過(guò)滅菌、脫水、分離解凍、脫鈣等步驟制備出不同的類型,來(lái)降低免疫原性,包括新鮮冰凍骨、凍干骨、脫鈣骨基質(zhì)等。異體骨有可以生骨的細(xì)胞、良好的血供,并且骨形態(tài)發(fā)生蛋白(bone morphogenetic protein,BMP)可以促進(jìn)成骨[15]。但異體骨組織相容性低,存在排異反應(yīng),并且完全依賴宿主細(xì)胞侵入成骨,而大塊異體骨深部再血管化非常緩慢,往往成為死骨,還有較高的再骨折發(fā)生率,已證實(shí)在長(zhǎng)期使用中有大量的失敗記錄[16-18]。

    2.2 3D打印個(gè)性化定制體內(nèi)假體植入物

    骨缺損的重建方式包括異體骨植骨、自體骨植骨、假體修復(fù)等,其中假體修復(fù)具有外形美觀、能夠?qū)崿F(xiàn)早期活動(dòng)、穩(wěn)定性好、功能恢復(fù)好等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)患者三維數(shù)據(jù)重建模型,構(gòu)造出與患者骨缺損形狀、大小相匹配的個(gè)性化定制的體內(nèi)假體植入物,可以降低手術(shù)難度、縮短手術(shù)時(shí)間、加快患者術(shù)后恢復(fù)。

    Mobbs 等[19]報(bào)道了2 例使用3D 打印作為術(shù)前模具的手術(shù)計(jì)劃和定制設(shè)計(jì)的鈦假體,在這兩種情況下,定制設(shè)計(jì)制作的植入物很容易術(shù)中放置,可以降低手術(shù)難度并縮短手術(shù)時(shí)間,避免進(jìn)一步復(fù)雜的重建。Wang 等[20]回顧性分析2015—2016 年間在整塊切除后接受個(gè)性化3D 打印半骨盆假體治療的11 例髖臼周?chē)鷲盒怨悄[瘤患者,發(fā)現(xiàn)使用個(gè)性化的3D 打印半骨盆假體來(lái)重建腫瘤切除后的骨缺損可以獲得可接受的功能結(jié)果,不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的并發(fā)癥。Choy等[21]在T9 椎體切除術(shù)后使用3D 打印鈦T9 椎體植入物治療原發(fā)性骨腫瘤術(shù)后的骨缺損,結(jié)果顯示該假體可以顯著減少手術(shù)時(shí)間。郭宇等[22]在髖關(guān)節(jié)翻修術(shù)中應(yīng)用3D 打印個(gè)性化定制的鈦合金骨小梁金屬(titanium trabecular metal,TTM)臼杯聯(lián)合植骨技術(shù)重建髖臼骨缺損,術(shù)后18 個(gè)月隨訪顯示假體位置良好,無(wú)松動(dòng)、移位及螺釘斷裂,植骨愈合良好。Ji等[23]為了增加植入物的固定強(qiáng)度,引入了基于電子束熔融的模塊化半骨盆內(nèi)置假體,中位隨訪時(shí)間為32.5個(gè)月(9~52 個(gè)月),X 線檢查未發(fā)現(xiàn)髖臼假體不穩(wěn)定性,初步結(jié)果表明此種3D 打印定制化假體具有可接受的早期功能恢復(fù)和影像學(xué)結(jié)果顯示的牢靠固定。

    2.3 3D打印在大段骨缺損修復(fù)中的應(yīng)用

    大段骨缺損是由先天性缺陷、外傷、感染和骨腫瘤造成的[24],在康復(fù)期會(huì)導(dǎo)致延遲結(jié)合或不結(jié)合。目前文獻(xiàn)中尚未有對(duì)于大段骨缺損的明確定義,所以不少學(xué)者根據(jù)自己的臨床經(jīng)驗(yàn)劃定了大段骨缺損的范圍。其中,Nauth 等[25]認(rèn)為,在成年患者中,范圍超過(guò)長(zhǎng)骨周長(zhǎng)的50%或者長(zhǎng)度大于2 cm 的骨缺損稱為大段骨缺損。在大段骨缺損的治療中,3D 打印發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。

    丹尼爾·賽德?tīng)柖〉萚26]回顧分析完成骨腫瘤切除+3D 打印假體植入的24 例患者的臨床資料,截骨長(zhǎng)度為(18.2±7.3)cm,除去2 例遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的患者外,22 例患者的肌肉骨骼腫瘤協(xié)會(huì)評(píng)分術(shù)后6 個(gè)月均高于術(shù)前,末次隨訪評(píng)估結(jié)果均為優(yōu),表明3D打印假體在重建骨腫瘤切除導(dǎo)致的大段骨缺損中是可行的,術(shù)后功能良好,且并發(fā)癥少。宋愷等[27]總結(jié)25 例四肢大段骨缺損患者的病例資料,結(jié)果表明3D 打印假體植入可實(shí)現(xiàn)骨骼解剖重建與生物力學(xué)穩(wěn)定重建,采取有效的干預(yù)措施可減少患者術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生。

    Li等[28]在豬的模型中使用機(jī)器人原位3D打印機(jī)進(jìn)行原位生物打印修復(fù)大段骨缺損,此技術(shù)在12 min內(nèi)修復(fù)了豬的右脛骨上的大段缺損,且在3 個(gè)月后,骨缺損部位出現(xiàn)明顯的新生骨,這表明原位3D 打印機(jī)器人可以快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行人工骨組織工程植入,且術(shù)后恢復(fù)效果好,在臨床應(yīng)用方面有很大前景。

    3 3D打印多孔支架

    骨組織工程學(xué)是一門(mén)利用支架植入細(xì)胞或加入生物活性生長(zhǎng)因子促進(jìn)骨修復(fù)和再生的學(xué)科,其主要研究?jī)?nèi)容包括支架材料、種子細(xì)胞、成骨因子等多個(gè)方面[29-30]。支架作為組織工程的三大主要成分之一,是一種暫時(shí)性的機(jī)械結(jié)構(gòu),用來(lái)模擬骨組織的細(xì)胞外基質(zhì),除了允許細(xì)胞附著、增殖、分化和組織到正常骨骼中,它還可以提供一個(gè)能使骨重塑過(guò)程在最小并發(fā)癥發(fā)生的情況下進(jìn)行的環(huán)境[31-32]。因此,骨組織工程支架除了滿足機(jī)械、結(jié)構(gòu)上的要求,還必須滿足生物學(xué)所需的特性。

    理想的支架應(yīng)具有良好的生物相容性、骨導(dǎo)電性、機(jī)械強(qiáng)度、生物降解性,并具有尺寸合適并相互連接的多孔空間,為新形成的骨細(xì)胞提供場(chǎng)所[33]。此外,支架降解產(chǎn)物應(yīng)該是無(wú)毒的。

    良好的生物相容性是任何組織工程支架的首要標(biāo)準(zhǔn),即允許細(xì)胞黏附、遷移和增殖,而不會(huì)引發(fā)免疫反應(yīng)以防止其引起嚴(yán)重的炎癥反應(yīng)[34]。支架的孔隙度決定了細(xì)胞-支架相互作用的表面積,因此直接影響細(xì)胞附著、生物降解和藥物釋放速率。理想支架的孔隙率應(yīng)超過(guò)90%,此時(shí)的高內(nèi)表面積體積比,會(huì)給細(xì)胞更好的附著條件,更有利于骨生長(zhǎng),并且最適直徑在300~500 μm之間,用于細(xì)胞穿透、血管化和營(yíng)養(yǎng)輸送[33,35-36]。此外,支架還應(yīng)該具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度,為新生骨提供有效的機(jī)械支撐。

    目前用于骨組織工程的大多數(shù)支架是金屬材料、聚合物、生物活性陶瓷(玻璃)和復(fù)合材料[37]。然而,單一材料難以滿足骨缺損修復(fù)的需要,比如合成聚合物材料表現(xiàn)出相對(duì)較低的生物活性和較高的疏水性,不利于細(xì)胞黏附[38]。為了克服這些限制,金屬材料、聚合物材料或生物活性陶瓷材料可以組合在一起構(gòu)建出復(fù)合材料,這些復(fù)合材料可以滿足各種要求的支架,包括生物相容性、生物降解性、骨導(dǎo)電性、機(jī)械強(qiáng)度等[39]。

    3.1 金屬支架

    金屬因其良好的生物相容性、較強(qiáng)的耐疲勞性及優(yōu)異的力學(xué)性能而被廣泛應(yīng)用于骨組織工程,目前常見(jiàn)的金屬支架材料包括鈦及其合金、鈷、鎳合金等[40]。

    在所有金屬材料中,鈦及其合金是目前應(yīng)用最廣泛的金屬支架材料。因其良好的生物相容性、可靠的機(jī)械性能和耐腐蝕性被廣泛用來(lái)制造骨科內(nèi)植物支架[41-42]。迄今為止,臨床研究表明,3D 鈦植入物可以作為大塊顱骨缺損的可行來(lái)源材料。張毅等[43]運(yùn)用3D 打印技術(shù)引導(dǎo)鈦網(wǎng)進(jìn)行精準(zhǔn)塑形剪裁,安全可行,并且能縮短修補(bǔ)時(shí)間,減少術(shù)后并發(fā)癥及風(fēng)險(xiǎn),可應(yīng)用于臨床顱骨修補(bǔ)術(shù)。王慶等[44]分別給3 組骨缺損兔植入不同孔徑的鈦合金支架,8周后,3組植入物的孔隙內(nèi)及植入物周?chē)煌潭鹊赜行律墙M織,其中孔徑600 μm 組幾乎所有表層微孔內(nèi)均有新生骨組織長(zhǎng)入,部分新生骨延伸進(jìn)入支架的深層孔隙中,成骨效果最顯著。

    金屬支架的主要缺點(diǎn)是缺乏生物降解性,其降解率與成骨率不匹配[45]。于是鐵-錳(Fe-Mn)合金、鎂基合金和鋅基合金等多孔可降解金屬的臨床應(yīng)用引起了關(guān)注。Nie 等[46]采用選擇性激光熔化(selective laser melting,SLM)技術(shù)制備了Fe-30Mn 多孔生物可降解支架,并將孔隙率控制在37.89%~47.17%,8周的體內(nèi)實(shí)驗(yàn)顯示支架對(duì)肝、腎無(wú)損傷,并表現(xiàn)出與天然骨相似的彈性和拉伸強(qiáng)度,有著長(zhǎng)期的體內(nèi)骨整合能力,且此比例的鐵-錳合金在抑制細(xì)胞活力和力學(xué)性能之間保持了平衡。在Chou 等[47]對(duì)噴墨3D 打印Fe-30Mn 粉末制造支架的研究中,與純鐵支架相比,3D打印的Fe-30Mn支架展現(xiàn)出相對(duì)較高的降解率。

    同樣具有生物可降解性的金屬還有鎂(Mg)。研究表明,與其他金屬植入物相比,鎂合金具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和彈性模量等物理性能,更接近天然人骨,并且還有優(yōu)秀的促成骨能力[48-50]。但是鎂因其高腐蝕速率導(dǎo)致降解產(chǎn)物在體內(nèi)快速釋放,從而使得機(jī)械支撐力下降,因此需要采取相關(guān)措施控制鎂的高耐蝕率[51-52]。在Lai 等[53]的研究中,利用低溫快速成型(low temperature rapid prototyping,LT-RP)技術(shù)制備了一種新型的含多孔聚乳酸-羥基乙酸共聚物[poly(lactic-co-glycolic acid),PLGA]、β-磷酸三鈣(β tricalcium phosphate,β-TCP)、鎂粉的支架(PTM支架),術(shù)后12 周,小動(dòng)物計(jì)算機(jī)體層顯像(micro-CT)、組織學(xué)及力學(xué)性能分析均顯示PTM 支架可以顯著促進(jìn)新骨形成,增強(qiáng)新骨力學(xué)性能。PTM 支架組平均骨體積比PLGA/β-TCP 組大56.3%,顯示了鎂的優(yōu)秀成骨能力以及復(fù)合材料對(duì)鎂高耐蝕率的彌補(bǔ)作用。

    3.2 生物陶瓷支架

    生物陶瓷材料含有金屬和非金屬成分,它具有良好的生物相容性、適當(dāng)?shù)纳锝到庑院蛢?nèi)在的骨誘導(dǎo)能力,并且其化學(xué)性質(zhì)與骨相似,具有較高的抗壓強(qiáng)度和較低的延展性,而被廣泛用于3D 打印[54-55]。常用的生物陶瓷材料包括羥基磷灰石(hydroxylapatite,HA)、β-TCP、硅酸鈣(CaSiO3)、雙相磷酸鈣、磷酸鎂、氧化鋁、氧化鋯等。

    磷酸鈣是天然骨組織的主要成分,已被證明能刺激干細(xì)胞和骨祖細(xì)胞的成骨。磷酸鈣衍生物釋放的磷酸鹽離子在誘導(dǎo)干細(xì)胞成骨分化中起關(guān)鍵作用[56]。Wang等[57]在3D打印HA支架上涂有重組人骨形態(tài)發(fā)生蛋白2(recombinant human bone morphogenetic protein,rhBMP-2)遞送微球,體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明,rhBMP-2微球涂層的HA 支架具有理想的骨再生能力。盡管HA 是磷酸鈣最穩(wěn)定的形式之一,但因其機(jī)械性能脆弱,且pH 值下降緩慢、溶解離子無(wú)法對(duì)周?chē)h(huán)境進(jìn)行有效刺激,在骨再生中的應(yīng)用目前有限,故常與其他聚合物構(gòu)建復(fù)合材料[58]。Liu 等[59]在復(fù)合陶瓷(β-TCP/CaSiO3)上原位構(gòu)建了均勻的HA 表面層,微納米HA 促進(jìn)了骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(bone marrow derived mesenchymal stem cells,BMSCs)的黏附和成骨分化,以及人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞的血管生成基因表達(dá)。

    β-TCP是常見(jiàn)的磷酸鈣材料,因其良好的生物降解性常被用于骨再生[58]。段鋼等[60]用3D 打印技術(shù)針對(duì)實(shí)驗(yàn)兔股骨髁制備個(gè)性化β-TCP 仿生骨支架,支架的形態(tài)和結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)目標(biāo)相符,內(nèi)部結(jié)構(gòu)與兔股骨相似,實(shí)驗(yàn)組兔植骨處出現(xiàn)成熟的骨小梁和骨髓組織,新生骨量較多,植入材料存留較少,提示支架材料已轉(zhuǎn)化為成熟骨組織,因而β-TCP 是一種較為理想的骨缺損修復(fù)材料。

    3.3 聚合材料支架

    聚合物已被廣泛用作制造組織工程支架的生物材料,其可以是天然的,也可以是合成的。天然聚合物,如纖維蛋白、透明質(zhì)酸、殼聚糖和膠原蛋白,表現(xiàn)出與人體的小分子成分相似的結(jié)構(gòu),具有較高的生物相容性、優(yōu)異的生物降解性、骨傳導(dǎo)性和低免疫原性[61-62]。Deng 等[63]使用甲基丙烯酰明膠(gelatin methacryloyl,GM)結(jié)合甲狀旁腺激素修飾的絲素蛋白(silk fibroin grafted with parathyroid hormone,SF-PTH)水凝膠和包裹GM 結(jié)合甲基丙烯縮水甘油酯修飾的絲素蛋白(silk fibroin immobilized with methacrylic anhydride,SF-MA)水凝膠構(gòu)建了骨-軟骨一體化修復(fù)生物支架,結(jié)果表明此支架能夠促進(jìn)骨軟骨缺損的再生,并在很大程度上維持透明軟骨的表型。

    與天然聚合材料相比,合成聚合材料具有更好的機(jī)械強(qiáng)度、更高的可加工性和可控的降解速率,并且降解產(chǎn)物的毒性低,可以實(shí)現(xiàn)完全代謝,這些合成聚合材料包括聚乳酸[poly(lactic acid),PLA]、聚乙醇酸、聚己內(nèi)酯(polycaprolactone,PCL)、聚乙二醇、PLGA 等,并且可以利用這些可控的性質(zhì)針對(duì)特定需求及應(yīng)用制作定制化支架[64-66]。Temple 等[67]開(kāi)發(fā)了一系列定制的3D 打印PCL 支架,可以構(gòu)建出精細(xì)的解剖形狀和可控的內(nèi)部孔隙率,用于治療大型顱頜面骨缺損,并且這些支架顯示出出色的生物學(xué)性能,可以支持誘導(dǎo)人類脂肪干細(xì)胞形成脈管系統(tǒng)和骨骼。

    3.4 復(fù)合支架

    復(fù)合材料由兩種或兩種以上具有不同性能的材料組合而成,每種材料只顯示一些優(yōu)點(diǎn)和特定的缺點(diǎn)。這種組合可以是共聚物、聚合物-聚合物共混物或聚合物-陶瓷復(fù)合材料的形式[37]。

    因?yàn)槿梭w骨是由無(wú)機(jī)HA 晶體和有機(jī)膠原纖維混合制成的復(fù)合材料,所以在眾多復(fù)合支架中,聚合物-陶瓷復(fù)合材料在仿生方面更具優(yōu)勢(shì)。將由PCL和β-TCP組成的3D打印復(fù)合支架植入兔股骨頭的裂隙中,與對(duì)照組相比,復(fù)合支架具有更高的促進(jìn)新骨向內(nèi)生長(zhǎng)能力,這種3D 打印的β-TCP/PCL 支架可能是一種用于治療早期股骨頭壞死的很有前景的可吸收植入物[68]。徐燕等[72]制作的3D 打印PCL/HA 支架借助多巴胺表面修飾,將軟骨源性形態(tài)發(fā)生蛋白1負(fù)載于支架上,體外與人BMSCs共培養(yǎng),可明顯促進(jìn)細(xì)胞黏附、增殖及成軟骨分化。

    兩種材料構(gòu)建的復(fù)合支架還可以負(fù)載各種有促進(jìn)成骨作用的生物活性因子或金屬離子,以增加復(fù)合支架的骨誘導(dǎo)性。Li 等[70]將鋅亞微米顆粒添加到PLGA/β-TCP 中,構(gòu)建了一種新型的骨修復(fù)生物支架,在體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)中,與不含鋅粒的PLGA/β-TCP 支架相比,該支架對(duì)BMSCs 的活性無(wú)不良影響,并能促進(jìn)其黏附和成骨分化,表現(xiàn)出更高的成骨和抗炎性能。Feng 等[71]將可降解聚合物聚L-丙交酯[poly(l-lactide),PLLA]與聚醚醚酮(polyetheretherketone,PEEK)和β-TCP 通過(guò)選擇性激光燒結(jié)(selective laser sintering,SLS)技術(shù)制備多材料支架,結(jié)果表明,隨著PLLA 的降解,膜上形成大量的空洞,使β-TCP 與體液直接接觸并進(jìn)行離子交換,組織學(xué)分析顯示有新的骨組織從支架邊緣向中心生長(zhǎng)。Sun 等[72]采用由明膠、明膠甲基丙烯?;途垡叶急┧狨ソM成的改性生物墨水來(lái)構(gòu)建含有BMSCs、RAW264.7巨噬細(xì)胞和負(fù)載BMP-4 的介孔二氧化硅納米顆粒(mesoporous silica nanoparticles,MSNs)的3D 生物打印支架,MSNs 釋放的BMP-4 和M2 巨噬細(xì)胞分泌的BMP-2 共同刺激3D 生物打印支架中的BMSCs 成骨分化,在糖尿病大鼠顱骨臨界尺寸缺損模型中,此支架顯著加速了骨修復(fù)。

    4 總結(jié)與展望

    在骨缺損修復(fù)領(lǐng)域中,3D打印技術(shù)應(yīng)用廣泛,主要包括術(shù)前規(guī)劃、模擬手術(shù),從而降低手術(shù)難度、縮短手術(shù)時(shí)間、減少手術(shù)創(chuàng)傷、促進(jìn)術(shù)后恢復(fù)。3D打印的內(nèi)植物或假體可以解決部分異體骨或自體骨難以解決的大塊、復(fù)雜型骨缺損的修復(fù)問(wèn)題。

    3D打印技術(shù)制備組織工程支架是一個(gè)正在快速發(fā)展的研究領(lǐng)域。隨著未來(lái)新技術(shù)和生物材料的出現(xiàn),同時(shí)微結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化,最終這些3D打印的組織工程支架可能是讓骨缺損患者有機(jī)會(huì)改善生活質(zhì)量的關(guān)鍵。

    【利益沖突】所有作者均聲明不存在利益沖突

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