3D打印技術(shù)在骨缺損修復(fù)支架中的研究進(jìn)展

鄧文振 張旭 趙地 葛葉蔓

【摘要】交通技術(shù)的進(jìn)步給人類帶來了便利的同時，也增加了骨折、外傷的發(fā)生率，人體骨自身修復(fù)能力有限，對于大面積骨缺損缺乏修復(fù)能力，骨缺損修復(fù)支架技術(shù)便應(yīng)運(yùn)而生，本文就骨缺損修復(fù)支架的制作方法做一簡單介紹。

【關(guān)鍵詞】3D打印;骨缺損;支架;骨修復(fù)

臨界骨缺損的定義為骨缺損修復(fù)僅靠自身骨愈合能力不能實(shí)現(xiàn)，超過臨界骨缺損的骨修復(fù)更是骨修復(fù)的難點(diǎn)，Schmitz J P的動物實(shí)驗(yàn)表明臨界骨缺損骨缺損長度超過長骨直徑的1.5倍或骨缺損大于該骨體積的1/5～1/4，最理想的修復(fù)方法為自體骨修復(fù)，但存在供區(qū)骨量不足，供區(qū)組織功能障礙及術(shù)后供區(qū)軟組織塌陷等一系列問題。隨著組織工程學(xué)的興起及伴隨著科技進(jìn)步而生的3D打印技術(shù)的出現(xiàn)為臨界骨缺損的修復(fù)帶來了希望。

3D打?。═hree Dimensional Printing，3DP）誕生于20世紀(jì)80年代末，3D打印基于三維模型數(shù)據(jù)，其核心原理為分層制造，逐層疊加。數(shù)字醫(yī)學(xué)的主要部分是CAD，包括鏡像成像、自由曲面構(gòu)造、有限元分析、數(shù)據(jù)分割與構(gòu)造、差分分析以及圖像配準(zhǔn)技術(shù)。截止目前，3D打印技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于四肢骨缺損、髖臼骨缺損、口腔頜面骨缺損、顱骨骨缺損、骨腫瘤導(dǎo)致的骨缺損。1990年3D打印首次應(yīng)用于醫(yī)學(xué)，打印出顱骨模型，2012年首次利用細(xì)胞打印出肝臟組織。

目前頜面部缺損中應(yīng)用的金屬元素以鈦、鎂元素為主，鈦基金屬具有良好的生物安全性，較好的生物惰性，質(zhì)輕，強(qiáng)度較高，但傳統(tǒng)制備的鈦基支架與缺損部位稍有差異，不能完全貼合，而3D打印的鈦基支架運(yùn)用計算機(jī)輔助設(shè)計與建模制作，可與缺損部位完美契合，大大增加了骨缺損修復(fù)的成功率。王文浩等人研究表明3D打印鈦基支架較傳統(tǒng)手工裁剪鈦網(wǎng)，具有臨床操作時間短，圍術(shù)期并發(fā)癥較低，鈦釘數(shù)目少，鈦網(wǎng)厚度小，且在術(shù)后隨訪期間，3D打印組并發(fā)癥發(fā)生率低于傳統(tǒng)手工裁剪組。鎂基金屬相較于鈦基金屬，除具備鈦基金屬良好的生物安全性、質(zhì)輕的優(yōu)點(diǎn)外，還具備其生物力學(xué)性能與骨組織相匹配，，在體內(nèi)逐漸降解并由新生骨質(zhì)取代，促進(jìn)細(xì)胞的黏附增殖、誘導(dǎo)骨生成、促進(jìn)新骨生成的優(yōu)點(diǎn)。鎂基支架主要分為磷酸鈣涂層鎂基支架、聚合物膜鎂基支架、鎂合金支架以及多孔狀鎂基支架。Mg降解過程中，產(chǎn)生Mg（OH）2及H2，Mg（OH）2與Cl-發(fā)生反應(yīng)而被吸收或者排出體外，同時Mg是人體必需元素，約占0.05%，約二分之一存在于骨骼中，其還具有抗菌和抗腫瘤作用。湯海燕等人研究表明3D打印鎂合金支架與傳統(tǒng)鑄造制備的鎂合金相比，3D打印組鎂合金的力學(xué)性能更佳，而表面包裹PLA能有效控制其降解速率。除鈦基、鎂基金屬外，臨床上常運(yùn)用的還包括鉭基金屬，其3D打印組相較于傳統(tǒng)制備組，具有許多優(yōu)勢。

不足與展望

隨著打印技術(shù)的不斷完善，3D打印技術(shù)會逐漸的滲透到醫(yī)學(xué)的各個角落，特別是在骨科、頜面外科中。隨著人工智能的不斷進(jìn)步，3D打印技術(shù)的運(yùn)用會更加常態(tài)化。目前由于3D打印技術(shù)還未完全成熟，性能還不穩(wěn)定，價格十分高昂，限制了其在臨床上的應(yīng)用，還尚需一段時間，才能在臨床上普及應(yīng)用。

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