无植骨3D打印钛合金融合器骨融合能力优于植骨PEEK融合器

供稿人：宋发成 王玲 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　       

PEEK和钛合金是目前制造椎间融合器最常用的两种材料。这两种材料都具有良好的生物相容性，PEEK因其弹性模量与人体骨接近而得到广泛的应用，而多孔钛合金具有更佳的骨融合能力。随着3D打印技术的发展，3D打印多孔钛合金融合器得以广泛应用于椎间融合术中，目前对于3D打印的多孔钛合金椎间融合器术后骨融合能力研究尚且不足。美国路易威尔大学医学院Joseph等研究者对比了3D打印多孔钛合金融合器与带自体髂骨移植的PEEK融合器在动物体内的融合效果。

研究者选取7只年龄在4至5岁的健康雌性绵羊，在每一只绵羊的L2~L3、L4~L5椎间随机分别植入一个PEEK融合器和一个3D打印钛合金融合器，形成单个个体内部对照。融合器选取美国Spineart公司的Juliet（PEEK）和Juliet Ti-LIFE（3D-pTi）,如图1所示，其中图1（b）为3D打印钛合金融合器多孔部分的微观结构。

图1 PEEK融合器与3D打印多孔钛合金融合器

植入绵羊体内后，在术后的第4周和第8周对植入部位做CT检查，并在第8周做组织切片分析植入效果。CT结果表明，在术后第8周，3D打印钛合金融合器的类骨小梁结构上发现骨组织，如图2（a）所示。同时融合器与周边骨组织近距离接触，在其植骨窗内也发现了早期的骨组织。而对于PEEK融合器，如图2（b）所示，除了局部纤维化以外，PEEK融合器与周围骨组织没有相互作用且内部的自体植骨并没有改善骨融合能力。

图2 3D打印钛合金融合器与PEEK融合器植入术后8周后的CT检查

组织切片结果表明，PEEK融合器与3D打印钛合金融合器的骨融合能力有着明显的差异。如图3（a）所示，PEEK融合器与周围骨组织存在纤维化的组织（图中黑色箭头位置）,且植骨窗内没有发现早期骨组织（图中绿色箭头位置）。而如图3（b）所示，3D打印钛合金融合器骨融合效果明显，天然骨与植入物中的类骨小梁结构相互作用，在融合器中心形成初期骨组织，同时存在软骨以及胶原蛋白，表明其发生了软骨内和膜内的骨化。对钛合金融合器周围组织切片放大显示，如图3（c），发现有编织骨和板层骨，以及胶原和软骨。

图3 3D打印钛合金融合器与PEEK融合器植入8周后的组织切片检查

本研究表明，3D打印多孔钛合金融合器在植入羊体内4周以及8周后，CT检查以及组织切片分析都表明其骨融合能力优于带自体骨移植的PEEK融合器。该研究对于确定3D打印多孔结构的融合器体内骨融合效果具有一定意义。

参考文献：
Laratta, Joseph L., et al. "3D-printed titanium cages without bone graft outperform PEEK cages with autograft in an animal model." The Spine Journal (2021).