创建用于3D打印人体临时骨骼的生物材料
在3D打印机上打印的几个临时人类椎骨。照片：Adam E. Jakus反复尝试创建用于3D打印临时人体骨骼的材料（骨再生生物材料）。不幸的是，他们仍然遭受许多缺点。其中包括-无法快速，准确地复制新骨骼，成本高昂，生产能力有限以及外科手术过程中的加工复杂性。新型生物材料消除所有这些缺点。如果所有测试都成功，那么几年后人们将能够获得结实，超弹性和廉价的人造骨，这些人造骨将在体内生物降解数年（它们逐渐被天然骨组织取代）。最有趣的是，从理论上讲，在室温下挤压材料的过程甚至可以在家用打印机上打印骨头。根据科学家的说法，新材料HB（来自超弹性“骨头”）由90％的羟基磷灰石和10％的聚己内酯组成。羟基磷灰石Ca 10（PO 4）6（OH）2是天然人体骨骼的主要矿物质成分。在大多数骨骼中，它约占总质量的50％，在牙釉质中则占96％。在医学上，合成类似物长期以来一直用于创伤学，骨科和骨外科中，作为填充物来替代部分失去的骨骼。在牙科领域，它也可用于牙膏中，作为增强牙齿珐琅质的再矿化元素。但是生物材料中不存在聚己内酯（PCL）。它是一种可生物降解的聚酯，工业上用于生产聚氨酯。可生物降解的袋子是用它制成的。在医学中，PCL还用作缝合材料和具有延长作用的自吸收热植入物（填充物），由于其自身的成分，该物质具有刺激纤维组织生长并补充其体积的能力。许多药片从PCL胶囊中释放出来，被人体吸收。此外，PCL在大规模3D打印中用作原型制作材料。粘性PCL在本质上类似于天然树脂，例如古塔胶。实验表明，这种组合物的人造骨可以在室温下以高达275 cm 3 / h的速度通过挤出快速印刷，即通过迫使材料或稠糊状物的粘性熔体通过成形孔来进行印刷。要创建粘性混合物并装入打印机，请使用特殊溶剂。西北大学（美国）论文的主要作者兼团队负责人Ramille Shah 解释说，使用传统的室温挤压法打印植入物是一个很大的优势，因为其他骨骼植入物是在高温下使用激光产生的。。研究人员自己在实验期间使用了市售打印机。EnvisionTec制造的3D-Bioplotter系统。这款设备的价格在25万至30万美元之间，当然，在家里，这样的打印机购买起来太贵了。但是每个医院或手术中心都能负担得起。原则上，即使是个人也可以购买一桶这样的打印机，并在必要时为自己或宠物打印新的骨头（当然，建议咨询专业外科医生进行手术）。
EnvisionTEC 3D-生物绘图仪人造骨具有良好的机械性能：应变破坏（应变破坏）从32％到67％，弹性模量从4到11 MPa。因此，它是一种弹性和耐用的材料。它还具有高吸收性（孔隙率50％）的特征，支持活细胞的活力和增殖。测试表明，该材料不会干扰间充质干细胞形成骨髓细胞。到目前为止，仅在实验动物中测试了HB生物相容性，但是这些实验非常有前途。小鼠皮下植入物在7-35天内没有引起排斥反应。在大鼠中，将骨移植物安装在脊柱的后外侧部分（后外侧脊柱融合术）8周，记录下新骨组织的形成。还对灵长类动物的头骨进行了实验（4周）。在所有实验中，HB均未引起阴性免疫反应。同时，注意到正常的血管形成（血管形成），人造骨迅速整合到周围组织中，迅速骨化，并支持新骨组织的生长，而无需其他干预。据推测，随着该材料发生生物降解，其位置将被有血管的天然骨组织占据。重要的是要注意，就其所有强度和弹性而言，新材料不像许多其他植入物那样脆且不脆。也就是说，外科医生可以切除一块人造骨而不会形成碎片-这是其他植入物的常见问题。研究人员希望他们能在五年内获得批准进行人体试验的许可。目前，美国尚无监管机构批准的3D打印材料作为再生骨材料。HB可能是第一个。该科研成果于2016年9月28日发表在《科学转化医学》杂志上（doi：10.1126 / scitranslmed.aaf7704）。Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN398027/
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