德州農(nóng)工大學(xué)的研究人員將3D打印，生物材料工程學(xué)和干細(xì)胞生物學(xué)相結(jié)合，創(chuàng)造出了新型，更高效，可定制的骨移植材料。利用這三種技術(shù)，科學(xué)家們制造了3D打印的高成骨支架，不僅可以促進(jìn)骨骼細(xì)胞的生長，而且還可以作為定制形狀的堅固骨骼再生平臺。

這種新穎的生物材料可以替代在重建手術(shù)中使用金屬和聚合物的方法，使皮膚移植物在愈合后能夠無縫整合到患者的頭骨中。

生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)系副教授羅蘭德·考納斯（Roland Kaunas）表示：“用于顱面植入物的材料要么在生物學(xué)上沒有活性，而且像鈦一樣堅硬，要么在生物學(xué)上卻像生物聚合物一樣柔軟，而且太軟。在我們的研究中，我們開發(fā)了具有生物活性和機械強度的合成聚合物。這些材料也可以3D打印，從而可以制造出既美觀又實用的定制形狀的顱面植入物?！?/span>

研究人員的生物材料可用于制造多種面部植入物，包括用于che骨，眼窩和頜骨手術(shù)的植入物。

圖片來自德州農(nóng)工大學(xué)。

需要改進(jìn)的植骨技術(shù)

與自體移植相比，金屬和熱塑性塑料也更容易受到感染，植入物擠出和暴露，組織壞死和應(yīng)力屏蔽。骨移植被外科醫(yī)生認(rèn)為是更可取的選擇，但是這種技術(shù)也有缺點。骨組織的直接應(yīng)用依賴于供體組織的有限來源，招致供體部位發(fā)病，而且即使這樣，頭骨中復(fù)雜的幾何形狀也無法輕易復(fù)制。

研究人員確定了生物相容性聚合物，尤其是生物凝膠，可以替代聚合物和金屬植入物。這些可延展材料是優(yōu)選的，因為一旦它們被裝載了骨干細(xì)胞，就可以將凝膠3D打印成任何預(yù)先編程的形狀。另外，與金屬鍍層不同，人體可以隨著時間的推移溶解水凝膠，而不會造成任何持久的損害。

使用3D打印的生物凝膠進(jìn)行骨移植

據(jù)研究人員稱，3D打印支架的強度有助于健康骨細(xì)胞的附著和生長，同時允許發(fā)育中的骨細(xì)胞穿透合成材料。水凝膠還具有彈性和韌性，可以進(jìn)行手動操作，同時還可以稍微壓縮，并且可以壓入到缺陷中。由于NICE移植物具有廣闊的生物學(xué)和物理特性，研究人員熱衷于在不久的將來將這種方法用于體內(nèi)的骨再生以進(jìn)行脊柱融合。 “盡管我們目前的工作重點是修復(fù)顱骨，但在不久的將來，我們希望不僅針對顱頜面缺損，而且針對脊柱融合術(shù)和其他損傷情況下的骨骼再生，擴展這項技術(shù)。”考納斯說。

研究小組發(fā)現(xiàn)細(xì)胞進(jìn)入NICE過程的時間不到2周。圖片來自德州農(nóng)工大學(xué)。

增材制造中的骨植入物

來自康涅狄格州牛津高性能材料（OPM）和加拿大麥吉爾大學(xué)的研究人員于2019年6月使用3D打印的PEKK植入物來加速骨骼再生。這種新設(shè)計的方法可以幫助治療關(guān)鍵尺寸的骨缺損，從而減少了對侵入性程序，例如植骨。

萊斯大學(xué)和馬里蘭大學(xué)（UMD）的科學(xué)家于2019年4月開發(fā)了3D打印人造骨組織的新概念證明。正在開發(fā)軟骨，以幫助運動員從運動損傷中康復(fù)，以及那些遭受與關(guān)節(jié)炎。