ELAINE项目研究利用3D打印技术制造具生物活性的骨植入物

导读：骨骼具备高度的自愈能力。在滑雪、自行车摔倒或其他意外事故中发生的骨折情况下，骨头通常能够自行重新生长，尽管所需时间取决于多个因素，包括年龄和骨折的严重程度。然而，当肿瘤导致较大的骨缺损时，骨骼无法进行自我再生。在这种情况下，通常采用植入物，由钛或患者其他身体部位的骨材料制成。

△ELAINE正在研究使用3D打印生产骨植入物

2023年10月9日，南极熊获悉，最新的技术趋势之一是使用3D打印，例如，罗斯托克大学的ELAINE项目正在进行研究，旨在使用生物活性材料制造可替代骨骼的结构。该项目由Hermann Seitz教授领导。

传统上，钛是常用的骨骼替代材料，但很难适应个体解剖条件，且可能导致长期问题。为了克服这些问题，ELAINE研究小组借助3D打印技术，致力于生产更适应性更好、副作用更少的骨植入物。该团队的目标是提供更先进、个性化的治疗方案，为骨缺损的患者带来更好的康复效果。

△Hermann Seitz教授（右）和他的研究小组

ELAINE研究小组的目标是生产电活性植入物，其行为类似于自然骨骼结构。科学家们以骨骼生理学为指导，利用已知的骨骼压电性知识进行研究。当固体受到机械变形并产生应力时，压电效应会发生，即电信号会传递到组织，从而促进骨骼生长。

微流体系1270合作研究中心的博士生Christian Polley表示：“压电是生物体持续骨骼重塑的关键因素，这种压电效应确保细胞受到刺激并促进生长。”

基于这些知识，研究小组使用3D打印技术制造了植入物，采用了压电陶瓷，特别是钛酸钡。钛酸钡是一种压电陶瓷，在受力时产生电势。在ELAINE的研究方法中，将钛酸钡与生物活性玻璃结合使用。当该材料与体液接触时，会释放离子，发挥其生物活性。然后，通过3D打印将生物活性材料制造成植入物。这一创新方法有望为骨缺损患者提供更有效的治疗选择，以促进骨骼的健康重建。

△采用Lithoz 3D打印技术制造的陶瓷样件

3D打印模仿真实骨骼的骨植入物

3D打印的主要优势在于数字重建后，能够将植入物精确地放入3D打印机中，并为每位患者单独生产所需的植入物。Polley说：“我们事先就知道拼图的具体形状，然后采用基于Lithoz的LCM（基于光刻的陶瓷制造）3D打印技术构建。对于ELAINE项目，光敏聚合物中携带压电陶瓷颗粒，然后通过光固化形成金丝结构。随后，在热后处理过程中，打印部件被烧结。虽然3D打印本身只需要几小时，但后期处理需要整夜进行。由于制造过程的原因，植入物是无菌的并具有生物相容性，可以安全插入患者体内。

罗斯托克大学的Seitz表示：“我们已经成功地在模拟室中进行了测试，可以忠实地模拟生物体内的压力。我们的目标是创建一种植入物，它能够对机械刺激做出压电响应，并具备生物活性。” 他们希望实现的目标是让邻近组织的骨细胞迁移到多孔植入物中并定居。如果定植和血管形成成功，植入物将能够在患者体内稳定存在。

△未来，可以使用3D打印机的骨植入物来制造更大的植入物，例如用于重建头骨的植入物

尽管迄今为止，ELAINE合作研究中心的成果进展顺利，但在这些植入物真正投入使用之前，仍需要进行大量的基础研究。Seitz解释说，这些植入物很可能还需要十年时间才能真正投入日常临床使用。