科學(xué)家3D打印出珊瑚仿生骨移植替代品，僅需2-4周即可長出新骨

2024年12月8日，南極熊獲悉，來自斯旺西大學(xué)的研究人員受到珊瑚的啟發(fā)，開發(fā)出了一種革命性的 3D 打印骨移植替代品，這種替代品在修復(fù)后可在體內(nèi)自然溶解。

這項研究由斯旺西大學(xué)醫(yī)學(xué)院的夏志道博士領(lǐng)導(dǎo)，與科學(xué)與工程學(xué)院的同事和幾位外部合作伙伴合作，已獲得專利并以題為“Rapid assessment of the osteogenic capacity of hydroxyapatite/aragonite using a murine tibial periosteal ossification model”的論文發(fā)表在《生物活性材料》雜志上。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2024.11.025

骨折、腫瘤和不愈合損傷等疾病引起的骨缺損是全球范圍內(nèi)導(dǎo)致殘疾的主要原因之一。傳統(tǒng)上，醫(yī)生使用患者自己的骨頭（自體移植）或捐贈的骨頭（同種異體移植）來填補這些缺口。然而，這些方法面臨著諸多挑戰(zhàn)，包括供應(yīng)有限、感染風(fēng)險和道德問題。

研究團隊利用3D打印技術(shù)，開發(fā)出一種仿生材料，模仿珊瑚轉(zhuǎn)化骨移植替代品的多孔結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分，與人體骨骼近乎完美地融合，并具有多種優(yōu)勢，包括僅在2至4周內(nèi)就能長出新骨；能夠與機體完美整合，材料在增強再生后6至12個月內(nèi)自然降解，只留下健康的骨骼；并且大批量生產(chǎn)時具有成本效益。

△用于快速評估成骨作用的鼠類動物模型

△實驗設(shè)計

在臨床前體內(nèi)研究中，該材料顯示出顯著的效果——在 3-6 個月內(nèi)完全修復(fù)骨缺損，甚至在 4 周內(nèi)觸發(fā)一層新的強壯、健康的皮質(zhì)骨的形成。

目前市場上大多數(shù)合成骨移植替代品的性能都無法與天然骨相媲美——要么溶解時間過長，要么整合性不佳，要么引起炎癥等副作用。這種新材料通過在結(jié)構(gòu)和生物行為上與天然骨非常相似來克服這些問題。

夏博士說：“我們的發(fā)明彌補了合成替代物和供體骨骼之間的差距。我們已經(jīng)證明，3D打印技術(shù)有可能創(chuàng)造出一種安全、有效且可擴展的材料來滿足全球需求。這可能會結(jié)束對供體骨骼的依賴，并解決骨移植中的道德和供應(yīng)問題。”

△左圖：植入體內(nèi) 4 周的 3D 打印材料圖像。照片使用掃描電子顯微鏡拍攝。圖片來源：夏志道博士。右圖：珊瑚照片。圖片來源：Jesus Cobaleda。

這樣的創(chuàng)新不僅有望改善患者的生活質(zhì)量，還可以降低醫(yī)療成本并為生物醫(yī)學(xué)行業(yè)提供新的機遇。

斯旺西大學(xué)團隊目前正在尋求與公司和醫(yī)療保健組織合作，將這項改變生活的技術(shù)帶給世界各地的患者。此項研究由英國斯旺西大學(xué)、中國華中科技大學(xué)、中國襄陽市中心醫(yī)院、美國約翰霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院、英國牛津儀器納米分析公司、加拿大麥吉爾大學(xué)、英國開放大學(xué)、美國羅切斯特大學(xué)、英國牛津大學(xué)和英國謝菲爾德大學(xué)共同完成。