供稿人：张源、高琳 供稿单位：西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室 发布日期：2022-11-12
现今3D打印技术经常应用于医疗器械的生产。利用3D打印技术不仅可以制造定制化产品，还可以减少医疗器械的制造时间、降低制造成本、显著提高临床效率。双相磷酸钙(BCP)是最常用的人工骨替代物，由羟基磷灰石(HA)和β-磷酸三钙(b-TCP)组成，BCP具有良好的生物相容性。BCP块中孔隙直径会影响骨形成和材料吸收的速度。许多研究试图确定骨形成的最佳孔径，但没有确定结果。
近日，韩国首尔延世大学的研究团队采用数字光处理(DLP)的3D打印技术制备了孔径分别为0.8 mm、1.0 mm和1.2 mm的BCP块，用来比较不同孔径的BCP块在兔颅骨缺损修复中的作用。BCP块的制造过程如图1所示，将羟基磷灰石(HA)/磷酸三钙(TCP)、丙烯酸单体、分散剂和光催化剂组成的光反应陶瓷-树脂复合材料混合在陶瓷浆料中，利用紫外光打印，打印完成后，使用热处理完全去除聚合物，得到纯的BCP块。
图1 BCP块的制造过程
选用12周龄、体重2.8~3.2 kg的新西兰大白兔10只，分成两组。如图2所示，在10只兔颅骨上形成4个直径为8 mm，深度为2 mm的圆形骨缺损。将4个圆形骨缺损分别设置为对照空白组，0.8 mm组、1.0 mm组和1.2 mm组，并在其中放置相应孔径的BCP块。所有实验对象在植骨后2周和8周安乐死，并对实验标本进行显微CT分析、组织形态计量学分析和组织学观察。
图2 兔颅骨缺损及BCP块的分布
在兔颅骨缺损的再生中，感兴趣区（ROI）是缺损的上缘、侧缘和下缘。兔颅骨缺损标本用4℃、10%福尔马林固定7天后使用微型CT扫描，在ROI内测量总增大体积（TAV）、新骨体积（NBV）、剩余材料体积（RMV）。对颅骨缺损区进行纵向切割，使用苏木精-伊红对未脱钙和树脂包埋的骨切片进行染色，在ROI内测量总增大面积（TAA）、新骨面积（NBA）、剩余材料面积（RMA）。实验结果表明，8周组的所有动物的NBV显著大于相应的2周组动物；2周组和8周组的TAV无显著差异；8周组的所有动物的NBV显著大于中相应的2周组动物；8周时RMA显著大于2周时。
对兔颅骨进行组织学观察发现，在所有组别中，在8周时1.0 mm组形成了最多的新骨，所有BCP块表面都出现了骨再生，BCP块表面周围可见环状骨再生样式，新骨在BCP块中采用晶格结构模式进行融合和成熟。
这项研究中使用的BCP块促进了骨再生，并表现出良好的生物相容性、生物降解性、骨诱导性和骨传导性。这项研究充分表现了3D打印的BCP块在骨缺损再生方面的巨大潜力。