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可快速廉价生产3D打印的“超弹性骨”

  《Plastic and Reconstructive Surgery》杂志五月刊,报道了一种3D打印的超弹性骨(hyperelastic bone)合成材料,该材料有望成为一种经济有效的颅颌面修复新材料。

  这项科研成果是由美国西北大学和伊利诺斯大学健康大学的Ramille N. Shah博士研究团队开展的,初步研究结果显示,该材料加速了大鼠颅骨缺损的骨再生。

通过3D打印实现快速廉价生产

  研究团队表示,颅颌面部重建领域对于经济有效的骨替代材料需求量大,超弹性骨有很大的潜力可以应用在这一领域。

  研究人员报告了通过该材料进行大鼠动物实验的结果。在手术中产生头骨顶部缺陷的大鼠中使用超弹性骨的初步实验。用于实验的大鼠头的颅骨有一个缺损,该缺损属于难以自行愈合的“临界尺寸”。这一缺损情况,接受过脑肿瘤手术的患者情况类似。

  研究团队开发的超弹性骨材料是一个3D打印支架,制造支架的材料主要由羟基磷灰石(骨矿物质)和广泛使用的生物相容性材料聚乙醇酸组成。支架具有复杂的网格结构,该结构有助于新骨的生长和再生,并且具有足够的延展性,在手术期间易于进行压配或切割。这种超弹性骨修复支架,可以通过3D打印设备进行快速而廉价的生产。

  在动物实验中,研究人员除了使用3D打印超弹性骨进行颅骨缺损修复之外,还分别使用了动物自体,以及不包含骨矿物质材料的修复支架修复其他颅骨缺损部位。自体骨是重建骨缺损的首选材料,但这种天然材料难以获得,需要从从身体其他部位采取骨骼,有的时候根本无法获得适合的自体骨。

  实验结果表明,3D打印的超弹性骨提供了良好的骨再生。在随访CT扫描中,与自体骨相比,超弹性骨在8周后有效率约为74%,12周时有效率为65%。而仅包含聚乙醇酸材料不包含骨矿物质材料的支架所修复的缺损处,仅显示出很少的新骨形成。

  显微镜检查显示,超弹性骨支架首先被纤维组织逐渐包围,然后被新骨细胞包围。随着时间的推移,支架将逐渐被新骨完全替换,并结合植入的骨矿物质。

  根据研究团队,随着超弹性骨修复支架技术的进一步发展,他们相信这种3D打印材料可以成为自体骨和市场上已有的颅颌面修复植入物的替代品。接下来,研究团队需要进一步的实验研究来确认超弹性骨适用于哪些特定类型的颅面重建。

(来源:3D科学谷)

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