骨骼修復(fù)手術(shù)致力于修復(fù)因外傷、腫瘤和先天畸形等原因?qū)е碌墓墙M織缺損。這類手術(shù)在以前是一種難度很高的外科手術(shù)，其中骨骼修復(fù)材料起到?jīng)Q定性作用。隨著醫(yī)學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，骨骼修復(fù)材料已經(jīng)逐漸從自體骨和同種異體骨向人工骨轉(zhuǎn)變，但是傳統(tǒng)人工骨不僅不易個(gè)性化加工，還有可能造成排異反應(yīng)問題。

近些年3D打印技術(shù)大量應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)，新技術(shù)給骨骼修復(fù)帶來了基于生物相容性的人工骨材料。有別于傳統(tǒng)制造方法，3D打印制造的產(chǎn)品不受模具脫模的影響，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)可以具有多孔隙、不規(guī)則曲面、封閉包裹體等特點(diǎn)，能夠最大限度地還原病患骨骼原始形態(tài)。另外，拼接生物相容性材料，可以減 輕因材料排異反應(yīng)對(duì)人體造成的傷害。3D打印技術(shù)能夠有效降低骨骼修復(fù)的治療成本，較大提升治療成功率，對(duì)于骨骼修復(fù)手術(shù)以及衍生的骨組織培養(yǎng)技術(shù)有著引領(lǐng)技術(shù)革命的深遠(yuǎn)意義。

1 生物相容性材料 

國際上，3D打印技術(shù)用于個(gè)性化組織工程支架和骨骼假體植入物的制造已經(jīng)有不少研究和應(yīng)用，其中材料主要分為金屬和非金屬材料，而本文所述的生物相容性材料由于會(huì)與病患的機(jī)體產(chǎn)生恰當(dāng)反應(yīng)，而二者會(huì)在相互影響中直到達(dá)到平衡，或者生物相容性材料發(fā)生降解并逐漸消失。目前這類材料絕大多數(shù)是非金屬材料，包括醫(yī)用高分子材料和生物陶瓷類材料。

1.1醫(yī)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醫(yī)用高分子材料按照可降解性分為可降解高分子材料和非可降解高分子材料，這兩種雖然都具有生物相容性，但是其用途有較大差別。目前能夠用于3D打印技術(shù)的可降解高分子材料包括聚乙醇酸（PGA）、聚乳酸（PLA）、聚己內(nèi)酯（PCL）和乙交酯—丙交酯共聚物（PLGA）等。在很多桌面級(jí)3D打印機(jī)中應(yīng)用最廣泛的是PLA，其具有優(yōu)異的生物降解性，最終降解產(chǎn)物只有水和CO2， 它也是作為最早研究的可降解醫(yī)療材料之一 。但是PLA的缺點(diǎn)在于強(qiáng)度較低、吸水性強(qiáng)且耐熱性差。對(duì) 于骨骼修復(fù)而言，通過3D打印制造的骨骼支架經(jīng)手術(shù)植入病患體內(nèi)，過快的降解速度使得沒有痊愈就開始降解，使得PLA在骨骼修復(fù)手術(shù)中具有一定的缺憾。 

PCL是近期研究相對(duì)較多的可降解醫(yī)療材料之一，其自身分子鏈結(jié)構(gòu)中的C—O和C—C鍵能夠自由旋轉(zhuǎn)，使其宏觀上具有良好的柔性和加工性。但是因?yàn)镻CL缺少供生物功能分子或細(xì)胞識(shí)別的功能基團(tuán)，也導(dǎo)致其作為生物醫(yī)療材料不利于細(xì)胞附在其表面生長。因此大量研究著眼于對(duì)PCL的改性，取得了不少可供臨床試驗(yàn)的成果。韓國研究出一種與磷酸三鈣（TCP）相結(jié)合的PCL改性材料，結(jié)合TCP能夠促進(jìn)骨再生且同樣可降解的特點(diǎn)以及PCL自身優(yōu)勢(shì)，成功作為3D打印的骨骼修復(fù)材料植入實(shí)驗(yàn)者體內(nèi)，取得了階段性成效。圖1為通過熔融噴射工藝的3D打印方式生產(chǎn)的PCL骨骼支架。 

Cai等利用電子噴射工藝打印了PCL的骨組織支架，并對(duì)材料進(jìn)行了表面處理，使得材料獲得了良好的親水性，便于軟骨細(xì)胞的附著，加快軟骨再生。Lam等利用熔體噴射工藝同樣打印了以PCL為原料的骨與軟骨組織復(fù)合的支架結(jié)構(gòu)，并分別將骨細(xì)胞和軟骨細(xì)胞種植在復(fù)合支架的不同位置，得到了兩種細(xì)胞分泌的細(xì)胞外基質(zhì)。這些研究均通過改性方式對(duì)PCL的缺點(diǎn)進(jìn)行了彌補(bǔ)，使得骨組織支架能夠有效培養(yǎng)出新的組織細(xì)胞，并用于骨骼修復(fù)手術(shù)當(dāng)中，具 有實(shí)際的臨床應(yīng)用價(jià)值。 生物可降解水凝膠是一種具有生物相容性且可3D打印的高分子材料，水凝膠本身是種含水量高的水溶性高分子材料，其生物相容性和力學(xué)性能非常適合用于代替軟骨組織。

另外，又由于這種材料具備基本的生物功能，例如：輸送養(yǎng)分和排泄代謝物，因此生物可降解水凝膠還用于制作組織工程支架以及藥物 可控釋放的載體。Tetsu等采用激光快速成型工藝使用PLA和聚乙二醇混合料，打印了水凝膠支架，并用于做骨細(xì)胞培養(yǎng)支架，該實(shí)驗(yàn)支架具有較高的力學(xué)性能和良好的孔隙連接性，因此骨組織細(xì)胞在該材料上能夠快速生長，其被用于骨骼修復(fù)手術(shù)。張仁坤等利用3D打印機(jī)制備膠原蛋白－硫酸肝素仿生脊髓支架，驗(yàn)證了該材料具有優(yōu)秀的生物相容性，并能夠促進(jìn)神經(jīng)干細(xì)胞的增殖與分化，為治療脊髓損傷提供了細(xì)胞載體。 

(責(zé)任編輯：admin)

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