未來(lái)，我們或許可以利用3D打印的超彈性支架解決骨骼移植、再生修復問(wèn)題。

　　這是西北大學(xué)的研究團隊對于最新研究成果美好的期許。他們開(kāi)發(fā)出一種“超彈性骨頭”：一種經(jīng)3D打印技術(shù)生成的新型生物支架，可以自由伸縮成各種形狀以匹配移植所需的尺寸，并且能夠在動(dòng)物體內促進(jìn)血管生成、骨骼修復。

　　骨移植常用的材料

　　目前，骨移植手術(shù)采用的的材料包括自體骨、異體骨、異種骨以及人工合成材料。其中，自體骨是選擇患者身體其他部位切取合適大小的骨骼，植入病變骨質(zhì)受損部位。自體骨移植的優(yōu)勢在于自體骨含有多種干細胞、細胞因子和生長(cháng)因子，促進(jìn)組織愈合和再血管化，同時(shí)不存在免疫排斥的風(fēng)險。

　　但是，畢竟自體骨難以應對大量骨移植問(wèn)題，而且這種手術(shù)無(wú)疑意味著(zhù)患者需要經(jīng)歷“二次傷害”，恢復的時(shí)間相對較長(cháng)。同時(shí)，異種骨、異體骨普遍存在潛在病毒傳播、并發(fā)性感染等隱患。

　　所以，科學(xué)家們開(kāi)始轉向人工合成。利用硫酸鈣、磷酸鈣等天然或人工聚合物材料合成骨傳導支架，其優(yōu)勢在于可控制、可降解、可塑性強，且無(wú)抗原性和潛在疾病傳播風(fēng)險。當支架植入體內，會(huì )與干細胞、細胞因子等復合，促進(jìn)骨骼的再生和修復。

　　形象點(diǎn)講，骨傳導支架類(lèi)似于建筑物的“主體鋼架”，而干細胞、生長(cháng)因子等則扮演著(zhù)“建筑工人”的角色，負責沿著(zhù)鋼架堆砌墻面、地板并組裝門(mén)窗。

　　但是，已有的生物支架存在很多缺陷?？茖W(xué)家們無(wú)法快速、充分、可重復地獲取新骨骼，而且已有的再生材料成本昂貴，且不易手術(shù)操作、存在免疫排斥風(fēng)險。

　　超彈性骨骼：由什么構成？

　　歸結于上述發(fā)展的局限性，西北大學(xué)的科學(xué)家們試圖尋找新的材料，以克服面臨的困難和問(wèn)題。最終，他們研發(fā)出“超彈性骨骼”。

　　它是一種由羥磷灰石、聚已酸內酯和溶劑構成的新型支架，其中，羥磷灰石（hydroxyapatite）是一種存在于我們的骨骼和牙齒中的天然礦物質(zhì)，負責提供支撐力，并指引干細胞分化；聚已酸內酯（polycaprolactone）是一種具有生物相容性的聚合物，負責增加支架的靈活度。溶劑負責在3D生物打印過(guò)程中將材料黏著(zhù)在一起。

　　借助3D打印設備，這些材料經(jīng)過(guò)混合可以一層層構建出精密的骨傳導支架。

　　優(yōu)勢有哪些？

　　材料科學(xué)工程師RamilleShah表示：“超彈性支架合成快速。且自由靈活具有生物相容性，可以促進(jìn)骨骼再生，其打印速度達到275m3/小時(shí)。這意味著(zhù)，患者接受X檢查和打印骨骼支架可以在同一天完成。”而且，超彈性骨骼的孔隙度達到50%，其彈性有助于誘導間充質(zhì)干細胞分化、促進(jìn)細胞增殖。

　　為了驗證其可行性，研究團隊選取脊椎損傷的小鼠、頭骨受損的猴子為模型，通過(guò)植入“超彈性支架”檢測其再生修復能力。

　　小鼠移植8周后，他們發(fā)現這一支架材料內已經(jīng)生成新的血管，且干細胞也已經(jīng)生成骨骼細胞。相比于自體骨移植，這一支架能夠更有效地與小鼠椎骨愈合。同樣，猴子接受支架移植4周后，超彈性支架內已經(jīng)發(fā)現了血管和一些鈣化骨骼的生成。同樣重要的是，參加試驗的動(dòng)物們并沒(méi)有出現明顯的治療副作用，例如炎癥或者感染。

　　研究意義

　　考慮到3D打印所用的材料（羥磷灰石+聚已酸內酯+溶劑）都是生物工程學(xué)實(shí)驗室常用的化合物，所以這一特殊支架制作成本低廉。更為重要的是，支架打印速度快，平均每個(gè)不超過(guò)5小時(shí)。

　　這意味著(zhù)，未來(lái)用于骨骼移植的支架能夠按照具體的規格快速打印且成批生產(chǎn)，外科醫生可以通過(guò)裁減、粘貼將其塑造成符合患者需求的尺寸。

　　不過(guò)，在投入臨床試驗之前，仍然需要擴大動(dòng)物試驗規模。一旦成功，研究人員認為這一3D打印支架將給組織工程、再生醫學(xué)領(lǐng)域帶來(lái)質(zhì)的飛躍，未來(lái)它將在腫瘤切除、整形修復等手術(shù)中廣泛應用。