原型模式应用 全方位了解3D打印技术在骨科医疗中的应用(3)

4．新型器械的研发

为了更好地满足个性化医疗的需求，适应个性化材料的使用，必然需要与之相配套的个性化的器械，而3D打印使之成为可能。George等应用SLS技术打印器械，包括止血钳、持针器、刀柄、拉钩、镊子等，通过在人尸体上模拟和腹股沟疝修补术并评估术后人体工程学功能发现，与传统的器械相比，3D打印器械在不增加成本的前提下能够大大减少个性化器械的生产时间。

5．组织工程支架

组织工程学的目的是在体内或体外生成可替代性的组织或器官，以修复受损害的组织、器官的功能。

细胞、生物活性因子及支架材料是经典组织工程构建需要的三大要素。

理想的支架应具有以下特征：①良好的生物相容性；②适中的生物降解性；③具有诱导或引导组织再生的能力；④具有一定的生物力学强度与可塑性；⑤无毒性与无免疫原性；⑥具有合适的孔径；⑦可提供细胞生长分化所需的细胞因子，如血管内皮生长因子、骨形态发生蛋白等。

3D打印技术相比于传统技术而言能够更好地实现上述特点。

朱祥等以丝素蛋白和胶原蛋白为原料制作人工仿生脊髓导管，将其置入SD大鼠背部皮下，4周后完全降解。神经干细胞可在人工仿生脊髓导管孔隙中生长，呈球形或梭形；在导管表面密集生长，有些细胞伸出伪足附着在导管表面。

Ding等利用3D生物打印技术打印骨软骨双相支架，再生骨和软骨组织生物力学性能与正常状态接近，且骨-软骨界面良好。

李祥等发现多孔钛/壳聚糖/羟基磷灰石（Ti/Ch/HA）复合结构支架能与人体骨组织力学性能相匹配，较单纯多孔钛更适合成骨细胞的黏附生长，是一种理想的承重部位骨缺损修复替代物。

Lee等以聚乙酸及壳聚糖为原材料，通过3D打印技术构建个体化下颌骨髁突支架，并在材料表面进行磷灰石涂层。该支架不仅能支撑细胞的生长，同时也能够促进骨长入和骨传导。

Melke等发现丝蛋白支架在体内有促成骨潜能。上述研究都是在小动物体内进行的，而在人体内是否有同样的作用还有待进一步研究。

6．药物研发、释放和剂型

3D打印技术已经用于药物的研发和制备，且将对该领域产生巨大的影响。

3D打印的优点包括对微液滴大小和剂量的精确控制，高可重复性，能够用复杂的药物释放模型来制作药物剂型。复杂的生产工序也能利用3D打印进行标准化从而使其更加简单可行。

3D打印技术已经被用于打印许多新颖的剂型，如微囊剂、人工透明质酸细胞外基质、抗生素打印微图、介孔生物玻璃支架、纳米混悬剂、多层药物释放装置等。3D打印的药物墨水配方包括多种活性成分，有甾体抗炎药物、对乙酰氨基酚、茶碱、、万古霉素、氧氟沙星、四环素、强的松、紫杉醇、叶酸等。

李成等通过向兔关节腔内注射透明质酸-软骨源性形态发生蛋白-1微球可促进关节软骨损伤修复，抑制骨关节炎的进展。Ko等证明了莱菔硫烷-聚乳酸-羟基乙酸共聚物微球是可以用于治疗骨关节炎的一种有效的可注射递送系统。

三、思考与展望

尽管有个性化及打印材料多样化的优势，3D打印的发展还存在一些不能回避的问题。

①打印材料的研发是3D打印技术发展的难点也是核心。目前骨科器械常用的金属材料为钛合金粉末，由于受到材料的粒度分布、松装密度（规定条件下粉末自由填充单位容积的质量）、氧含量、流动性等性能的影响，其他的金属材料和高分子材料的打印技术仍然处在试验阶段。对于具有活性的打印材料如何维持细胞活性及其功能的研究还处于瓶颈阶段。

②在组织工程支架应用方面，3D打印出骨组织工程支架的最适降解速度、力学性能、孔隙率及孔径尚无定论。同时支架上载药物微球后，支架的降解性、成骨性及药物释放性能的完全匹配还处于初步实验阶段。当前3D打印机分辨率是微米水平，而骨骼的超微结构是纳米水平，故还需要提高3D打印机的分辨率来提高支架功能。

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