3D打印含镁支架材料在骨再生领域中的应用（一）

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编辑│陈圆圆  ┃  审校│汤红明

赖毓霄

研究员，中国科学院深圳先进技术研究院医工所所长助理，转化医学中心执行主任。长期从事功能化生物材料的研究，围绕骨修复生物材料中的细胞调控机制-结构功能化-产品临床转化应用开展链条式系统研究，开发的镁复合骨修复系列产品获得2017 年中国产学研合作创新奖及第45 届日内瓦国际发明展银奖，连续3年蝉联中国国际高新技术成果交易会优秀产品奖，以及国际发明家联盟发明世界杯金奖。主持国家自然科学基金、国际合作以及深圳市基础研究、基础攻关等项目10余项，申请专利18项，其中获授权专利6 项、PCT 1 项，在国际专业学术期刊发表论文30余篇。

【编者按】组织工程与再生医学是指利用生物学及工程学的理论和方法修复缺损或功能损害的组织和器官，使其恢复并具备正常组织和器官的结构和功能。在具体实践中，细胞生长的骨架通常为多孔支架，材料可降解具有良好生物相容性。在生物活性因子的作用下，细胞在多孔支架中生长或分化成所需要的组织结构，从而达到组织或器官修复的目的。上述细胞生长或分化的环境既可以是体内也可以是体外。近年来，随着干细胞研究和生物材料科学的快速发展，组织工程和再生医学也得到了迅猛发展。本报开设组织工程与再生医学专栏，由同济大学附属东方医院刘青教授主持，将介绍该领域的最新研究进展。本期主要介绍3D打印含镁支架材料在骨再生领域中的应用。

骨骼在人体的支撑、代谢、造血中都有不可替代的作用，但是骨骼自体修复再生能力有限。小面积的骨缺损可以自行生长恢复，而大面积骨缺损需要依靠外力来进行修复。目前骨修复材料主要采取自体骨或异体骨移植物，但自体骨和异体骨都存在很大缺陷。自体骨可能引发术后并发症且尺寸难以匹配，而异体骨容易发生免疫排斥反应且失败率相对较高。为了克服自体骨和异体骨存在的种种问题，应用复合材料来实现骨再生具有极大的应用前景。

3D打印技术是以数字模型文件为基础的快速成型技术，通过逐层打印的方式来构建物体。而将3D打印技术应用于骨骼的修复再生领域，就可以根据患者的个体特征与受损程度，通过利用患者的影像数据来建立患者骨缺损模型，从而3D打印出个性化的骨修复填充支架。

日前，由中国科学院深圳先进技术研究院秦岭教授、赖毓霄副研究员、王新峦副研究员组成的团队研发的“含镁可降解高分子骨修复材料”已经通过国家食品药品监督管理总局（CFDA）的创新医疗器械特别审批。该材料经过8年的潜心研究，利用低温沉积3D打印技术，将具有促成骨和成血管活性的金属镁，与乙交酯-丙交酯共聚物/磷酸三钙（PLGA/TCP）均匀的复合形成可降解的多孔支架材料。该材料通过3D打印可以形成良好的骨仿生结构，且可以形成较高的孔连通率，从而具备理想的骨传导作用，可以提高骨细胞的粘附、增殖和迁移的能力，促进骨组织的生长。

该材料目前处于国际领先水平，同时拥有十分显著的临床应用价值。

其一，低温沉积3D打印技术可避免高温熔融工艺的高温环境对材料生物活性的影响，免去激光固化成型技术对于光敏材料的要求。

其二，PLGA是经过美国FDA认证过的生物安全性的材料之一，具有良好的生物相容性，并且PLGA的降解速率可调节，通过调整能与骨再生速度相匹配。

其三，TCP成分与骨基质的无机成分十分相似，生物相容性佳，将其添加进入复合支架中可以提高支架的力学性能并提高促成骨能力。

其四，镁相比其他常用的生长因子等生物活性物质而言，剂量更易于控制、制备过程更简单。

同时，镁是人体内必需的元素之一，几乎参与人体内所有新陈代谢的过程并且具有诱导骨生长作用。支架中的镁可以有效地刺激新骨的生成，从而促进骨缺损的愈合与再生。体内外研究结果表明，含镁可降解的高分子材料具备良好的生物相容性和生物活性，可用于非承重部位的骨缺损再生修复，并展现出良好的成骨能力和促血管生成作用。

（本文来源于《医学参考报》干细胞与再生医学频道2019-01期第五版原创文章，ID：yxckbsc2019010502）

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