供稿人：宋发成、李涤尘 供稿单位：西安交通大学精密微纳制造技术全国重点实验室 发布日期：2025-04-15
近年来脊椎退行性疾病(如椎间盘突出、脊柱管狭窄、椎体滑脱等)发病率快速上升，且患者年龄趋于年轻化。脊柱融合手术是治疗这些疾病的"金标准"手术方式。手术通过在病变椎体间植入自体骨、异体骨或融合器，恢复椎间隙高度和生理曲度，将上下椎体融合为一个整体。目前临床使用的融合器存在无骨生成活性、不可降解性、生物力学匹配性差等问题，需要开发新型融合器。
北京化工大学与中日友好医院合作团队开发了一种新型的可降解脊柱融合器，采用聚己内酯（PCL）和羟基磷灰石（HA）复合材料，旨在解决传统脊柱融合器在临床应用中存在的生物相容性差、不可降解等问题。该团队设计了一种新型的双向可变的中观结构，以PCL作为基材，并添加25 wt%的HA作为功能填料，通过聚合物熔融差分3D打印技术制造（图1、图2）。
图1 多孔脊柱融合器3D打印示意图。(A) 熔融差分3D打印系统。(B) 具有不同结构特征的多孔融合器方案：A列和B列分别为60%和40%的填充率，I、II和III行分别为1层、2层和4层交叉层
图2 不(A-F) 具有不同结构特征的3D打印融合器，(G-L) 3D打印融合器的俯视图，(M-R) 3D打印融合器的垂直截面；在80倍放大倍率下用扫描电镜(SEM)观察。
研究结果表明，填充率为60%且交叉层数为1或2层的融合器更适合脊柱融合，其孔径保持在450至490微米之间，能够在降解过程中保持良好的支撑性能。实验还发现，随着内部孔径的增大和交叉层数的增加，融合器的降解速率上升，且在28天的降解测试中，填充率为60%的结构仍然保持较高的压缩强度（图3），满足人类松质骨的基本强度要求，而填充率为40%的结构则未能满足这一要求。这些结果为未来脊柱融合器的设计和临床应用提供了理论和技术支持。
图3 各组融合器在不同降解阶段的压缩强度
该项研究设计了用于可降解脊柱融合器的新式结构，探究了结构参数对融合器力学性能和降解性能的影响规律，为新式可降解脊柱融合器的设计和开发提供了理论支持。随着技术的不断进步，3D打印可降解脊柱融合器有望在临床实践中发挥更大的作用，改善患者的治疗效果和生活质量。