供稿人：張?jiān)?、高? 供稿單位：西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 發(fā)布日期：2022-11-12
現(xiàn)今3D打印技術(shù)經(jīng)常應(yīng)用于醫(yī)療器械的生產(chǎn)。利用3D打印技術(shù)不僅可以制造定制化產(chǎn)品，還可以減少醫(yī)療器械的制造時(shí)間、降低制造成本、顯著提高臨床效率。雙相磷酸鈣(BCP)是最常用的人工骨替代物，由羥基磷灰石(HA)和β-磷酸三鈣(b-TCP)組成，BCP具有良好的生物相容性。BCP塊中孔隙直徑會(huì)影響骨形成和材料吸收的速度。許多研究試圖確定骨形成的最佳孔徑，但沒有確定結(jié)果。
近日，韓國首爾延世大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)采用數(shù)字光處理(DLP)的3D打印技術(shù)制備了孔徑分別為0.8 mm、1.0 mm和1.2 mm的BCP塊，用來比較不同孔徑的BCP塊在兔顱骨缺損修復(fù)中的作用。BCP塊的制造過程如圖1所示，將羥基磷灰石(HA)/磷酸三鈣(TCP)、丙烯酸單體、分散劑和光催化劑組成的光反應(yīng)陶瓷-樹脂復(fù)合材料混合在陶瓷漿料中，利用紫外光打印，打印完成后，使用熱處理完全去除聚合物，得到純的BCP塊。
圖1 BCP塊的制造過程
選用12周齡、體重2.8~3.2 kg的新西蘭大白兔10只，分成兩組。如圖2所示，在10只兔顱骨上形成4個(gè)直徑為8 mm，深度為2 mm的圓形骨缺損。將4個(gè)圓形骨缺損分別設(shè)置為對照空白組，0.8 mm組、1.0 mm組和1.2 mm組，并在其中放置相應(yīng)孔徑的BCP塊。所有實(shí)驗(yàn)對象在植骨后2周和8周安樂死，并對實(shí)驗(yàn)標(biāo)本進(jìn)行顯微CT分析、組織形態(tài)計(jì)量學(xué)分析和組織學(xué)觀察。
圖2 兔顱骨缺損及BCP塊的分布
在兔顱骨缺損的再生中，感興趣區(qū)（ROI）是缺損的上緣、側(cè)緣和下緣。兔顱骨缺損標(biāo)本用4℃、10%福爾馬林固定7天后使用微型CT掃描，在ROI內(nèi)測量總增大體積（TAV）、新骨體積（NBV）、剩余材料體積（RMV）。對顱骨缺損區(qū)進(jìn)行縱向切割，使用蘇木精-伊紅對未脫鈣和樹脂包埋的骨切片進(jìn)行染色，在ROI內(nèi)測量總增大面積（TAA）、新骨面積（NBA）、剩余材料面積（RMA）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，8周組的所有動(dòng)物的NBV顯著大于相應(yīng)的2周組動(dòng)物；2周組和8周組的TAV無顯著差異；8周組的所有動(dòng)物的NBV顯著大于中相應(yīng)的2周組動(dòng)物；8周時(shí)RMA顯著大于2周時(shí)。
對兔顱骨進(jìn)行組織學(xué)觀察發(fā)現(xiàn)，在所有組別中，在8周時(shí)1.0 mm組形成了最多的新骨，所有BCP塊表面都出現(xiàn)了骨再生，BCP塊表面周圍可見環(huán)狀骨再生樣式，新骨在BCP塊中采用晶格結(jié)構(gòu)模式進(jìn)行融合和成熟。
這項(xiàng)研究中使用的BCP塊促進(jìn)了骨再生，并表現(xiàn)出良好的生物相容性、生物降解性、骨誘導(dǎo)性和骨傳導(dǎo)性。這項(xiàng)研究充分表現(xiàn)了3D打印的BCP塊在骨缺損再生方面的巨大潛力。