滑鐵盧大學(xué)開發(fā)3D打印類骨材料，用于骨骼修復(fù)和重建手術(shù)

2024年9月26日，南極熊獲悉，滑鐵盧大學(xué)宣稱，一個研究小組成功開發(fā)出一種新型生物聚合物納米復(fù)合材料，該材料在特性上與骨組織相似，標(biāo)志著3D打印技術(shù)在骨骼修復(fù)與重建領(lǐng)域的重大突破。這一創(chuàng)新為接受重大骨骼手術(shù)的患者提供了個性化治療的新選擇。

△該研究已發(fā)表在《生物醫(yī)學(xué)材料研究雜志part A》，題目為“體外評估骨細胞對用于骨重建的新型3D打印納米復(fù)合生物材料的反應(yīng)”（傳送門）

技術(shù)研究背景

目前，外科重建手術(shù)通常依賴于金屬植入物和捐獻骨骼，然而，這些材料往往無法完美匹配患者的身體結(jié)構(gòu)，且存在排斥反應(yīng)的風(fēng)險。

為了解決這些挑戰(zhàn)，滑鐵盧大學(xué)研究小組開發(fā)的這種新型生物聚合物納米復(fù)合材料能夠通過3D打印技術(shù)定制骨移植物，滿足患者的獨特需求。這種創(chuàng)新材料不僅消除了對金屬植入物的依賴，還降低了感染風(fēng)險，提高了患者身體成功接受植入物的可能性。

△mSLA打印樣本。（A）用于細胞培養(yǎng)實驗的圓盤。（B）用于機械測試的狗骨樣本。mSLA打印復(fù)雜結(jié)構(gòu) (C) 和不同小晶格特征 (D) 的圖示，此處使用mSP10墨水

3D打印新材料推動骨組織再生研究

首席研究員、系統(tǒng)設(shè)計工程系教授兼新生物醫(yī)學(xué)工程研究生項目主任Thomas Willett博士表示：“我們創(chuàng)造了一種堅固、可3D打印且具有成為新骨組織潛力的材料。借助這項技術(shù)，我們可以根據(jù)患者的特定幾何形狀，成功重建骨缺損。”

該材料的獨特之處在于其納米顆粒模擬了骨礦物質(zhì)的成分，從而增強了材料的強度。研究團隊希望，隨著時間的推移，骨細胞能夠在該生物聚合物納米復(fù)合材料上生長并逐漸取代它，最終實現(xiàn)自然的骨組織再生。

滑鐵盧大學(xué)的博士生Elizabeth Diederichs補充道：“我們目前的工作重點是提高生物聚合物納米復(fù)合材料作為植入物的功能穩(wěn)定性，以及其被活骨取代的能力。我們的目標(biāo)是減少患者在接受骨重建手術(shù)后需要進行重復(fù)手術(shù)的次數(shù)?！?br />

該團隊與滑鐵盧工程學(xué)院的教授、生物醫(yī)學(xué)工程本科項目主任Maud Gorbet博士合作，成功進行了骨細胞兼容性測試。

Gorbet博士表示：“任何植入人體的材料都會引發(fā)生物反應(yīng)。我們的測試結(jié)果表明，骨細胞對我們的生物聚合物納米復(fù)合材料的反應(yīng)優(yōu)于傳統(tǒng)材料。它們能夠有效地粘附、增殖并保持其生物學(xué)特性，這令人非常興奮。”

這項研究得到了加拿大衛(wèi)生研究院的資助，研究人員正在積極尋求額外的資金支持，以進行進一步的實驗和獲得監(jiān)管部門的批準(zhǔn)，從而推動該技術(shù)的臨床應(yīng)用。