哈佛大學(xué)威斯研究所(Wyss Institute)、朱利葉斯沃爾夫研究所(Julius Wolff Institute)、伯林-勃蘭登堡再生療法中心(Berlin-Brandenburg Center for再生療法)和Charite肌肉骨骼外科中心(Charite’s Center for肌骨骼外科)的一個(gè)合作研究小組已經(jīng)聯(lián)合起來，研究3D打印鈦網(wǎng)支架植入物的好處。最近發(fā)表在《科學(xué)轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)》(Science Translational Medicine)雜志上的臨床前研究報(bào)告稱，3D打印支架確實(shí)有助于優(yōu)化患者的骨再生。

在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，治療大骨缺損或損傷仍然是一個(gè)棘手的領(lǐng)域。因感染、癌癥或創(chuàng)傷而導(dǎo)致上肢或下肢嚴(yán)重缺陷的人，必須經(jīng)常進(jìn)行截肢手術(shù)，因?yàn)閺臍v史上看，再生或修復(fù)在某一特定點(diǎn)上受損的骨組織是非常困難的。

現(xiàn)有的治療方法包括從患者自己的骨組織中創(chuàng)建定制的骨移植，盡管這種方法的成功率并不高。

然而，根據(jù)最近的報(bào)道，定制的3D打印鈦網(wǎng)支架可能是解決醫(yī)療挑戰(zhàn)的一個(gè)潛在的解決方案，因?yàn)橹踩胛锟梢源龠M(jìn)和促進(jìn)自然骨再生。

來自Charite肌肉骨骼外科中心的一個(gè)團(tuán)隊(duì)展示了設(shè)計(jì)和制造定制3D打印支架來治療大骨缺損的能力。通過對(duì)病人骨骼的CT掃描，醫(yī)療團(tuán)隊(duì)可以生成有缺陷的骨骼的三維模型。

基于這個(gè)數(shù)字模型，一個(gè)定制的支架可以被三維建模，隨后被用激光燒結(jié)3D打印機(jī)用醫(yī)用級(jí)鈦制成。所得到的產(chǎn)品是一個(gè)3D打印的鈦植入物，以其多孔的支架結(jié)構(gòu)而聞名。

正是這種3D打印結(jié)構(gòu)對(duì)促進(jìn)骨再生至關(guān)重要，因?yàn)樗试S醫(yī)生用病人的骨組織、生長因子和骨替代材料填充植入物。值得注意的是，3D打印的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)被機(jī)械地優(yōu)化，以“進(jìn)一步增強(qiáng)愈合過程”。

作為來自Charite的Julius Wolff研究所的獸醫(yī)Anne-Marie Pobloth博士，他解釋道:“(我的團(tuán)隊(duì))開始使用計(jì)算機(jī)建模技術(shù)來優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)尺寸的支架。利用大型動(dòng)物模型，我們可以研究其對(duì)骨再生的實(shí)際影響。隨著骨骼再生過程與人類的相似，我們能夠推斷出人類骨骼的愈合情況。

到目前為止，肌肉骨骼外科的Charite中心已經(jīng)將定制的3D打印骨植入物植入了19名患者中，這些患者都顯示出了有希望的結(jié)果。

3D打印的植入物本身具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的構(gòu)造方式比小型通道更能促進(jìn)和引導(dǎo)骨再生。重要的是，研究人員發(fā)現(xiàn)他們可以通過改變蜂窩結(jié)構(gòu)的支撐桿直徑來改變植入物的硬度，這使得他們能夠測試不同剛度的有效性。

“我們假設(shè)骨再生會(huì)根據(jù)植入支架的硬度而變化，”Julius Wolff生物力學(xué)和肌肉骨骼再生中心主任Georg N. Nuda博士說。“因此，為了研究機(jī)械刺激在骨再生過程中的作用，我們使用了四組接受不同硬度的植入物。”

這些試驗(yàn)的結(jié)果表明，較軟的植入物更有利于骨再生。創(chuàng)傷外科醫(yī)生菲利普·施瓦貝博士解釋說:“即使僅僅三個(gè)月后，影像學(xué)上的證據(jù)顯示，軟性植入物，比僵硬的植入物更能促進(jìn)骨骼生長。”

事實(shí)上，研究人員發(fā)現(xiàn)3D打印植入物的生物力學(xué)性能直接影響了骨骼的形成和再生骨的質(zhì)量。

從這一認(rèn)識(shí)出發(fā)，合作團(tuán)隊(duì)正在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)更柔軟、機(jī)械的、使用3D打印技術(shù)的鈦網(wǎng)支架。該研究小組稱其技術(shù)甚至可以用于治療脊髓、口腔和頜面缺陷。