解析基于生物相容性材料的3D打印骨骼修复技术的研究与应用
骨骼修复手术致力于修复因外伤、肿瘤和先天畸形等原因导致的骨组织缺损。这类手术在以前是一种难度很高的外科手术，其中骨骼修复材料起到决定性作用。随着医学技术的快速发展，骨骼修复材料已经逐渐从自体骨和同种异体骨向人工骨转变，但是传统人工骨不仅不易个性化加工，还有可能造成排异反应问题。
近些年3D打印技术大量应用于临床医学，新技术给骨骼修复带来了基于生物相容性的人工骨材料。有别于传统制造方法，3D打印制造的产品不受模具脱模的影响，产品结构可以具有多孔隙、不规则曲面、封闭包裹体等特点，能够最大限度地还原病患骨骼原始形态。另外，拼接生物相容性材料，可以减 轻因材料排异反应对人体造成的伤害。3D打印技术能够有效降低骨骼修复的治疗成本，较大提升治疗成功率，对于骨骼修复手术以及衍生的骨组织培养技术有着引领技术革命的深远意义。
1 生物相容性材料
国际上，3D打印技术用于个性化组织工程支架和骨骼假体植入物的制造已经有不少研究和应用，其中材料主要分为金属和非金属材料，而本文所述的生物相容性材料由于会与病患的机体产生恰当反应，而二者会在相互影响中直到达到平衡，或者生物相容性材料发生降解并逐渐消失。目前这类材料绝大多数是非金属材料，包括医用高分子材料和生物陶瓷类材料。
1.1医用高分子材料
高分子材料是目前3D打印中最主要的材料之 一，其中具有生物相容性的医用高分子材料按照可降解性分为可降解高分子材料和非可降解高分子材料，这两种虽然都具有生物相容性，但是其用途有较大差别。目前能够用于3D打印技术的可降解高分子材料包括聚乙醇酸（PGA）、聚乳酸（PLA）、聚己内酯（PCL）和乙交酯—丙交酯共聚物（PLGA）等。在很多桌面级3D打印机中应用最广泛的是PLA，其具有优异的生物降解性，最终降解产物只有水和CO2， 它也是作为最早研究的可降解医疗材料之一 。但是PLA的缺点在于强度较低、吸水性强且耐热性差。对 于骨骼修复而言，通过3D打印制造的骨骼支架经手术植入病患体内，过快的降解速度使得没有痊愈就开始降解，使得PLA在骨骼修复手术中具有一定的缺憾。
PCL是近期研究相对较多的可降解医疗材料之一，其自身分子链结构中的C—O和C—C键能够自由旋转，使其宏观上具有良好的柔性和加工性。但是因为PCL缺少供生物功能分子或细胞识别的功能基团，也导致其作为生物医疗材料不利于细胞附在其表面生长。因此大量研究着眼于对PCL的改性，取得了不少可供临床试验的成果。韩国研究出一种与磷酸三钙（TCP）相结合的PCL改性材料，结合TCP能够促进骨再生且同样可降解的特点以及PCL自身优势，成功作为3D打印的骨骼修复材料植入实验者体内，取得了阶段性成效。图1为通过熔融喷射工艺的3D打印方式生产的PCL骨骼支架。
Cai等利用电子喷射工艺打印了PCL的骨组织支架，并对材料进行了表面处理，使得材料获得了良好的亲水性，便于软骨细胞的附着，加快软骨再生。Lam等利用熔体喷射工艺同样打印了以PCL为原料的骨与软骨组织复合的支架结构，并分别将骨细胞和软骨细胞种植在复合支架的不同位置，得到了两种细胞分泌的细胞外基质。这些研究均通过改性方式对PCL的缺点进行了弥补，使得骨组织支架能够有效培养出新的组织细胞，并用于骨骼修复手术当中，具 有实际的临床应用价值。 生物可降解水凝胶是一种具有生物相容性且可3D打印的高分子材料，水凝胶本身是种含水量高的水溶性高分子材料，其生物相容性和力学性能非常适合用于代替软骨组织。
另外，又由于这种材料具备基本的生物功能，例如：输送养分和排泄代谢物，因此生物可降解水凝胶还用于制作组织工程支架以及药物 可控释放的载体。Tetsu等采用激光快速成型工艺使用PLA和聚乙二醇混合料，打印了水凝胶支架，并用于做骨细胞培养支架，该实验支架具有较高的力学性能和良好的孔隙连接性，因此骨组织细胞在该材料上能够快速生长，其被用于骨骼修复手术。张仁坤等利用3D打印机制备胶原蛋白－硫酸肝素仿生脊髓支架，验证了该材料具有优秀的生物相容性，并能够促进神经干细胞的增殖与分化，为治疗脊髓损伤提供了细胞载体。
(责任编辑：admin)
未来，3D打印将为供应链带
选区激光熔化SLM过程中打
3D打印热潮已过，下步将如
干货：3D打印在一汽大众汽
3D打印机为何能在环保问题
3D打印为供应链带来意想不
各类3D打印成型技
