生物材料對關節軟骨損傷治療修復的觀點

王振勇，周成福*

（佳木斯大學第一附屬醫院骨一科，黑龍江佳木斯154003）

用于3D打印軟骨修復材料的特征

用于治療軟骨損傷技術包括靜電紡絲和3D打印等技術，將材料制作成多層具有可降解性的生物補片，植入軟骨損傷部位在一定時間內，軟骨細胞分泌細胞外基質，材料逐漸降解，支架材料降解的同時細胞外基質逐漸填充，早期材料支架提供力學，在后期材料降解后由細胞分泌的細胞外基質逐漸提供力學。理想的生物材料對軟骨缺損的修復較為重要，植入材料必須沒有毒性，降解產物可吸收，而且降解時間可控，所用生物材料還需要具有可打印性。生物材料的流變學性質，是至關重要的，在生物材料高粘度情況下，包括打印成形性好，打印纖維力學穩定性能好，強度高，與低粘度性材料相比其可打印成型性通常是較好的，但是細胞活力低。相反，低黏度的生物材料具有類似液體的特性，打印纖維力學性能較差，可導致打印的組織結構的發生崩塌[3]，但細胞存活率高。在生物材料中細胞的增殖和分化活性對組織器官的成熟至關重要，所以在生物打印過程中應對細胞直接相關的細胞微環境以及合適流變學特性給予充分的考慮[4]。

3 D打印修復軟骨缺損材料

3D生物打印技術通常采用天然材料或人工合成材料，按照正常組織器官的生理結構進行打印支架結構，使制造組織器官的結構和功能具有仿生性特點。天然的生物材料，包括明膠，膠原和透明質酸，但機械強度的有所限制[5]，如果單獨使用，將不能支撐中空管的重量并不可避免地導致結構崩潰，但其可以通過光固化及離子交聯等快速凝膠化后形成一定的機械穩定性最終凝膠成型[6]。人工合成材包括聚氨酯、聚乳酸、聚乙醇酸等，人工材料性質及降解時間也不同，材料降解后產生毒性較小，對細胞影響較弱，打印組織結構還能為組織支架提供較好的力學支撐結構，保持一定的形狀，形成較高的孔隙率，不易塌陷形成單一結構支架。人工合成材料支架能為細胞提供遷移和增殖的支撐結構，細胞在支架材料表面增殖分化，同時分泌細胞外基質成份，還可以為提供細胞外基質產生和重塑的空間。用于軟骨損傷修復材料眾多，但這些材料并不能代表復雜的天然細胞外基質成分，因此不能模仿天然微環境，在這些水凝膠中的細胞不能保持和實現在活體組織固有形態和功能。

討論

對于軟骨缺損治療方法眾多，組織工程為軟骨損傷提供了新方法，所用材料也是日新月異，但修復效果確不是令人非常滿意，究其原因主要為使用生物材料修復軟骨缺損所生成軟骨不能取代正常軟骨功能，與正常軟骨相比其力學性能及耐磨損情況較差，所以我們要采用更好材料治療軟骨缺損。