研究人員原位打印可生物降解骨植入物，用于修復(fù)臨界尺寸骨缺損

2025年9月6日，南極熊獲悉，韓國(guó)成均館大學(xué)、高麗大學(xué)和麻省理工學(xué)院（MIT）的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)研制出定制化的骨植入物，可使用類似膠槍的設(shè)備熔化塑料粘合劑，直接提取骨植入物，用于患者的骨折或缺損部位。

研究成果以題為“In situ printing ofbiodegradable implant for healing critical-sized bone defect”的論文發(fā)表在國(guó)際期刊《設(shè)備》（Devices）上。這種方法已在兔子實(shí)驗(yàn)中被證明安全有效，并有望在未來(lái)擴(kuò)展到人體臨床試驗(yàn)。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.device.2025.100873

過(guò)去，骨骼損傷時(shí)，醫(yī)生會(huì)植入金屬假體或捐贈(zèng)的骨骼。近年來(lái)，人們也開始使用3D打印機(jī)創(chuàng)建三維骨組織。然而，如果骨折區(qū)域不規(guī)則或結(jié)構(gòu)復(fù)雜，則需要預(yù)先掃描、建模和制造流程才能定制植入物。這會(huì)增加時(shí)間和費(fèi)用，并降低手術(shù)效率。捐贈(zèng)骨骼還存在感染或免疫排斥的風(fēng)險(xiǎn)。

研究人員在原位打印骨移植材料。定制的骨植入物可直接提取，用于患者的骨折或缺損部位。主導(dǎo)這項(xiàng)研究的成均館大學(xué)全球生物醫(yī)學(xué)工程系李正承教授表示：“這項(xiàng)研究的想法是從實(shí)際醫(yī)生的意見(jiàn)中得到的。”醫(yī)生們提到，即使事先用3D打印技術(shù)制作植入物，在手術(shù)中打開時(shí)，它們往往無(wú)法與缺損區(qū)域很好地貼合，因此需要進(jìn)行額外的處理。

研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種可在手術(shù)部位直接打印植入物的裝置，采用一種長(zhǎng)絲，混合了有助于骨再生的羥基磷灰石 (HA) 和可在體內(nèi)安全分解的塑料聚己內(nèi)酯 (PCL)。PCL 的熔點(diǎn)僅為 60 攝氏度，因此可在手術(shù)中安全使用，且不會(huì)損傷周圍組織。此外，熔化的 PCL 還能流入骨縫，填補(bǔ)不規(guī)則的骨折區(qū)域，使其無(wú)縫隙。通過(guò)調(diào)整纖維絲的 HA 比例，硬度和強(qiáng)度也可根據(jù)情況進(jìn)行調(diào)整。

研究團(tuán)隊(duì)表示，醫(yī)生可以像握膠槍一樣握住植入物打印設(shè)備，并在幾分鐘內(nèi)將材料堆疊到所需的方向和深度，以適應(yīng)骨折的形狀。這使得無(wú)需復(fù)雜的CT（計(jì)算機(jī)斷層掃描）或建模和處理程序，就可以創(chuàng)建完美貼合的定制骨植入物。

研究團(tuán)隊(duì)還添加了預(yù)防感染的功能。他們將抗生素成分萬(wàn)古霉素和慶大霉素添加到纖維絲中，使其能夠在術(shù)后數(shù)周內(nèi)逐漸釋放。因此，與服用或注射抗生素相比，骨骼周圍感染的風(fēng)險(xiǎn)顯著降低，同時(shí)副作用和耐藥性的風(fēng)險(xiǎn)也更低。

將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于兔子股骨（大腿骨）骨折， 12周內(nèi)骨骼快速再生，且未出現(xiàn)感染或組織壞死。研究團(tuán)隊(duì)解釋說(shuō)：“它在骨表面積和強(qiáng)度等關(guān)鍵指標(biāo)上優(yōu)于現(xiàn)有的骨水泥。此外，打印的骨替代物會(huì)隨著時(shí)間的推移逐漸分解，使新骨自然填充空間?！?/div>

李教授表示：“我們可以在手術(shù)室實(shí)時(shí)制作和應(yīng)用骨植入物，這可以縮短手術(shù)時(shí)間并提高準(zhǔn)確性。我們計(jì)劃在未來(lái)添加各種功能，以擴(kuò)大應(yīng)用范圍?！辈贿^(guò)，他指出，要實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，還需要在豬和人類等大型動(dòng)物身上進(jìn)行測(cè)試。