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未来，我们或许可以利用3D打印的超弹性支架解决骨骼移植、再生修复问题。 这是西北大学的研究团队对于最新研究成果美好的期许。他们开发出一种“超弹性骨头”：一种经3D打印技术生成的新型生物支架，可以自由伸缩成各种形状以匹配移植所需的尺寸，并且能够在动物体内促进血管生成、骨骼修复。 骨移植常用的材料 目前，骨移植手术采用的的材料包括自体骨、异体骨、异种骨以及人工合成材料。其中，自体骨是选择患者身体其他部位切取合适大小的骨骼，植入病变骨质受损部位。自体骨移植的优势在于自体骨含有多种干细胞、细胞因子和生长因子，促进组织愈合和再血管化，同时不存在免疫排斥的风险。 但是，毕竟自体骨难以应对大量骨移植问题，而且这种手术无疑意味着患者需要经历“二次伤害”，恢复的时间相对较长。同时，异种骨、异体骨普遍存在潜在病毒传播、并发性感染等隐患。 所以，科学家们开始转向人工合成。利用硫酸钙、磷酸钙等天然或人工聚合物材料合成骨传导支架，其优势在于可控制、可降解、可塑性强，且无抗原性和潜在疾病传播风险。当支架植入体内，会与干细胞、细胞因子等复合，促进骨骼的再生和修复。 形象点讲，骨传导支架类似于建筑物的“主体钢架”，而干细胞、生长因子等则扮演着“建筑工人”的角色，负责沿着钢架堆砌墙面、地板并组装门窗。 但是，已有的生物支架存在很多缺陷。科学家们无法快速、充分、可重复地获取新骨骼，而且已有的再生材料成本昂贵，且不易手术操作、存在免疫排斥风险。 超弹性骨骼：由什么构成？ 归结于上述发展的局限性，西北大学的科学家们试图寻找新的材料，以克服面临的困难和问题。最终，他们研发出“超弹性骨骼”。相关研究成果于9月28日发表在Science子刊《Science Translational Medicine》。 它是一种由羟磷灰石、聚已酸内酯和溶剂构成的新型支架，其中，羟磷灰石（hydroxyapatite）是一种存在于我们的骨骼和牙齿中的天然矿物质，负责提供支撑力，并指引干细胞分化；聚已酸内酯（polycaprolactone）是一种具有生物相容性的聚合物，负责增加支架的灵活度。溶剂负责在3D生物打印过程中将材料黏着在一起。 借助3D打印设备，这些材料经过混合可以一层层构建出精密的骨传导支架。
优势有哪些？ 材料科学工程师Ramille Shah表示：“超弹性支架合成快速。且自由灵活具有生物相容性，可以促进骨骼再生，其打印速度达到275m?3;/小时。这意味着，患者接受X检查和打印骨骼支架可以在同一天完成。”而且，超弹性骨骼的孔隙度达到50%，其弹性有助于诱导间充质干细胞分化、促进细胞增殖。 为了验证其可行性，研究团队选取脊椎损伤的小鼠、头骨受损的猴子为模型，通过植入“超弹性支架”检测其再生修复能力。 小鼠移植8周后，他们发现这一支架材料内已经生成新的血管，且干细胞也已经生成骨骼细胞。相比于自体骨移植，这一支架能够更有效地与小鼠椎骨愈合。同样，猴子接受支架移植4周后，超弹性支架内已经发现了血管和一些钙化骨骼的生成。同样重要的是，参加试验的动物们并没有出现明显的治疗副作用，例如炎症或者感染。 研究意义 考虑到3D打印所用的材料（羟磷灰石+聚已酸内酯+溶剂）都是生物工程学实验室常用的化合物，所以这一特殊支架制作成本低廉。更为重要的是，支架打印速度快，平均每个不超过5小时。 这意味着，未来用于骨骼移植的支架能够按照具体的规格快速打印且成批生产，外科医生可以通过裁减、粘贴将其塑造成符合患者需求的尺寸。 不过，在投入临床试验之前，仍然需要扩大动物试验规模。一旦成功，研究人员认为这一3D打印支架将给组织工程、再生医学领域带来质的飞跃，未来它将在肿瘤切除、整形修复等手术中广泛应用。 推荐阅读 |
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