骨组织工程经过30余年的发展,虽然已取得了很大的进步,但要达到临床应用还远远不够。骨组织工程支架三维构建,传统方法制作的支架,尽管可以成孔,但孔隙无法和细胞匹配,无法根据计算机辅助成型技术提前构建孔隙度及连通性,虽然CAD软件可以设计微孔结构,但是这些微孔结构是规律有规则的,我们知道骨组织中骨小梁是不规则的,而且在不同受力部位骨小梁的密度不同,当前通过CAD软件设计出的骨组织工程支架的只能在宏观结构上与正常骨组织结构相同,但微观上不能达到骨组织微观结构。所以目前我院计划选用micro-CT的扫描人股骨髁的骨小梁数据,将骨小梁数据转化成三维格式。将骨小梁的尺寸和宏观孔隙适当放大,宏观孔隙300-400μm。将数据交给合作单位完成打印。增材制造一直是生物界构建自身组织的方法,未来通过3D打印机将组织干细胞、支架材料、生长因子、信号分子、蛋白质等在计算机软件控制下通过3D打印技术最终打印出有生命、有生理功能的骨组织工程支架器官,这在医学界有着非常广阔的前景。经过上文介绍,FDM法制作的支架在精度方面不足,因此需要提高打印机器的精度性能从而提高支架的性能;SLA法制作的支架在后处理时会出现支架变形问题需要解决;SLS法因为其激光烧结可能破坏原材料化学性能的问题需要解决,3DP技术打印的支架在强度方面不足。较其他技术而言,3DP技术因其能够同时打印出负载着细胞、生长因子、蛋白质等生物活性物质的支架,支架负载这些生物因子的性能将会进一步提高,从而满足临床要求。
因此,随着3D打印技术的发展及骨组织工程支架的要求,3DP技术较其他技术更能满足未来对骨组织工程支架的打印。就目前的情况而言,单纯应用一种原材料打印出的支架性能还是有些欠缺,因此当前研究者选择适当的方法将几种材料组合成复合材料,复合材料可以取长补短,再通过3D打印技术制作出的骨组织工程支架性能更好。虽然3D打印的骨组织工程支架较其他方法相比具有精确度高、个性化强、排斥反应低、构建速度快、力学强度高等优点,但3D打印技术同样面临着挑战。原材料的研发是最核心的挑战。原材料的选择必须满足骨组织工程支架的要求生物学、力学要求,一般而言能够作为骨移植原材料都可以通过3D打印,但是3D打印的原材料针对不同的3D打印工艺,需要将原材料进行改性后适应不同工艺,诸如能液化、丝化、粉末化。比如3DP技术需要将原材粉末化、FDM技术需要将原材料液化后才能完成3D打印。虽然3D打印的骨组织工程支架应用于动物实验,但3D打印出的骨组织工程支架的最适降解速度、力学性能、孔隙率及孔径尚无定论,同时支架上载药物微球后,支架的降解性同成骨性能、及药物释放性能否完全匹配现在还处于研究当中前3D打印机分别率是微米水平,骨骼超微结构往往是纳米水平,因此需要提高3D打印机的分别率打印骨骼的超微结构来提高支架功能,现在3D打印机将支架打印出后还需要后处理,因此研究者需要研发配套软件,一体化完成3D打印骨组织工程支架随着3D打印技术的发展及骨组织工程支架的实验研究可通过3D打印技术直接成型出含有各种关键生长因子、细胞、甚至是人造微血管的骨支架,最终应用于临床。总之3D打印骨组织工程支架具有广泛的应用前景,但目前只是研究起步阶段,许多问题需要多学科共同研究最终才能实现。
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