ELAINE項目研究利用3D打印技術制造具生物活性的骨植入物

導讀：骨骼具備高度的自愈能力。在滑雪、自行車摔倒或其他意外事故中發(fā)生的骨折情況下，骨頭通常能夠自行重新生長，盡管所需時間取決于多個因素，包括年齡和骨折的嚴重程度。然而，當腫瘤導致較大的骨缺損時，骨骼無法進行自我再生。在這種情況下，通常采用植入物，由鈦或患者其他身體部位的骨材料制成。

△ELAINE正在研究使用3D打印生產骨植入物

2023年10月9日，南極熊獲悉，最新的技術趨勢之一是使用3D打印，例如，羅斯托克大學的ELAINE項目正在進行研究，旨在使用生物活性材料制造可替代骨骼的結構。該項目由Hermann Seitz教授領導。

傳統(tǒng)上，鈦是常用的骨骼替代材料，但很難適應個體解剖條件，且可能導致長期問題。為了克服這些問題，ELAINE研究小組借助3D打印技術，致力于生產更適應性更好、副作用更少的骨植入物。該團隊的目標是提供更先進、個性化的治療方案，為骨缺損的患者帶來更好的康復效果。

△Hermann Seitz教授（右）和他的研究小組

ELAINE研究小組的目標是生產電活性植入物，其行為類似于自然骨骼結構�？茖W家們以骨骼生理學為指導，利用已知的骨骼壓電性知識進行研究。當固體受到機械變形并產生應力時，壓電效應會發(fā)生，即電信號會傳遞到組織，從而促進骨骼生長。

微流體系1270合作研究中心的博士生Christian Polley表示：“壓電是生物體持續(xù)骨骼重塑的關鍵因素，這種壓電效應確保細胞受到刺激并促進生長�！�

基于這些知識，研究小組使用3D打印技術制造了植入物，采用了壓電陶瓷，特別是鈦酸鋇。鈦酸鋇是一種壓電陶瓷，在受力時產生電勢。在ELAINE的研究方法中，將鈦酸鋇與生物活性玻璃結合使用。當該材料與體液接觸時，會釋放離子，發(fā)揮其生物活性。然后，通過3D打印將生物活性材料制造成植入物。這一創(chuàng)新方法有望為骨缺損患者提供更有效的治療選擇，以促進骨骼的健康重建。

△采用Lithoz 3D打印技術制造的陶瓷樣件

3D打印模仿真實骨骼的骨植入物

3D打印的主要優(yōu)勢在于數字重建后，能夠將植入物精確地放入3D打印機中，并為每位患者單獨生產所需的植入物。Polley說：“我們事先就知道拼圖的具體形狀，然后采用基于Lithoz的LCM（基于光刻的陶瓷制造）3D打印技術構建。對于ELAINE項目，光敏聚合物中攜帶壓電陶瓷顆粒，然后通過光固化形成金絲結構。隨后，在熱后處理過程中，打印部件被燒結。雖然3D打印本身只需要幾小時，但后期處理需要整夜進行。由于制造過程的原因，植入物是無菌的并具有生物相容性，可以安全插入患者體內。

羅斯托克大學的Seitz表示：“我們已經成功地在模擬室中進行了測試，可以忠實地模擬生物體內的壓力。我們的目標是創(chuàng)建一種植入物，它能夠對機械刺激做出壓電響應，并具備生物活性�！� 他們希望實現的目標是讓鄰近組織的骨細胞遷移到多孔植入物中并定居。如果定植和血管形成成功，植入物將能夠在患者體內穩(wěn)定存在。

△未來，可以使用3D打印機的骨植入物來制造更大的植入物，例如用于重建頭骨的植入物

盡管迄今為止，ELAINE合作研究中心的成果進展順利，但在這些植入物真正投入使用之前，仍需要進行大量的基礎研究。Seitz解釋說，這些植入物很可能還需要十年時間才能真正投入日常臨床使用。