2022年3月，南极熊获悉， University of Coimbra（科英布拉大学）的研究人员发布了一项新研究，探索在生物医学应用中能够3D打印软骨的不同聚合物的潜力。 探索利用熔丝制造(FFF)技术加工的聚合物材料用于软骨全置换的可能性。
软骨损伤可能由疾病、创伤和退行性疾病（如骨关节炎）引起，骨关节炎是关节疼痛和活动受限的主要原因之一。组织工程是软骨修复全关节置换的替代方法，3D打印正越来越多地用于此领域的多个研究项目。
研究回顾
Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）的科学家此前已经证明了软骨组织工程可以使用3D生物打印治疗骨关节炎，而Central QueenslandUniversity（中央昆士兰大学）的微生物学家则将鳄鱼蛋白和3D生物打印结合起来，试图修复关节损伤。University of Alberta（阿尔伯塔大学）的一个团队为面部畸形的癌症患者找到了一种3D生物打印定制鼻软骨的方法，而Swansea University（斯旺西大学）已经开始将3D打印用于无疤痕耳鼻移植的软骨组织支架。
△阿尔伯塔大学科学家制作的3D生物打印鼻形组织植入物的3D模型。图片来自FASEB期刊。
3D打印软骨的常用方法和瓶颈
通常，最常见的软骨置换和修复方法是全置换，通常使用钴铬(CoCr)或超高分子量聚乙烯(UHMWPE)结构，或通过支架植入。然而，尽管CoCr被认为具有生物相容性和不可降解性，它的刚度也会由于机械负载而导致骨骼的机械屏蔽。同时，虽然UHMWPE呈现出与天然软骨相似的机械性能，但它在负载下可能出现结构不稳定。
对于修复和再生，生物医学支架是有益的，因为它们可以提供三维框架使细胞增殖，最常用的天然材料是胶原蛋白、琼脂糖、壳聚糖、纤维蛋白和藻酸盐。目前用于此目的的合成聚合物包括PEG、PLA、PVA和PU。
然而，迄今为止，利用3D打印加工这些材料制得的模型，都针对特定类型的软骨和局部植入，这可能会影响未来结构的标准化。因此，科英布拉的研究人员决定将研究重点放在FOMM上，用于软骨修复的3D打印结构。FOMM由PVA和TPU组成，这两种材料之前都已用于与软骨相关的应用。他们使用PA12作为控制材料，因为它在低温下仍具有高抗冲击性、低吸水性、抗应力开裂性和高频循环载荷条件下的抗疲劳特性。
研究新聚合物
在本研究中，科英布拉大学的研究人员探索适合生产3D打印软骨组织的新聚合物，这些聚合物有可能用作全软骨替代品.该团队研究了PA12的特性（已用于3D生物医学领域），以及一种新的细丝LAY-FOMM 60（用于3D打印能够促进软骨修复的结构）。据研究人员称，这是首次针对这一特定应用提出此类材料的研究。
生物医学领域中的文献中没有对Fomm材料进行性能介绍或研究。因此，为了更好地理解这种新型聚合物的结构-性能-应用关系，研究人员对长丝的化学性能、热性能、溶胀性、力学性能、打印样品进行了全面的表征和测试。并将这些性能与天然软骨进行了比较。
△用于弯曲测试的FOMM打印试样的宏观照片。图片来自MDPI聚合物。
△FOMM细丝拉伸试验的代表性宏观图。图片来自MDPI聚合物。
△膨胀能力测试结果
研究人员发现PA12表现出低膨胀能力，而FOMM在其干燥和湿润形式中都表现出更高的膨胀能力，并且更接近天然软骨的膨胀能力。研究人员还观察到，两种聚合物的机械性能都高于天然软骨。
△显微硬度测试结果
在进行超显微硬度测试时，FOMM的机械性能表明该材料是老年患者软骨置换的良好替代品。研究人员声称，他们的研究发现了在FOMM中设计具有PA12核心和外壳的多材料结构的新研究途径，未来的工作包括制备这种多材料结构及其体外表征。
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