骨折修复长期以来一直是医学领域的重要挑战。传统的骨折治疗多依赖于骨移植术和金属固定器械,这些方法虽然有效,但常面临移植物形状无法完全契合患者骨折位置、手术时间较长以及愈合过程复杂等问题。近期,韩国成均馆大学的生物医学工程师郑胜利(Jung Seung Lee)及其团队,成功开发了一种改造自标准胶枪的3D打印设备,能直接在骨折处打印骨样材料,极大提升了治疗的个性化和手术效率。该技术目前已在兔子骨折模型上初步验证,表现出令人鼓舞的治疗潜力。 这项创新技术的核心在于其专用打印材料和设备的结合。科研团队设计了一种由聚己内酯(polycaprolactone,简称PCL)和羟基磷灰石(hydroxyapatite,简称HA)复合而成的打印丝材。
PCL作为一种可降解的生物材料,具有良好的生物相容性和适中的热塑性,常被用于制造骨支架和组织工程材料。HA是人体骨骼的主要矿物成分,直接参与骨的结构和矿化过程。两者结合不仅模拟了骨的物理属性,也支持新骨生长与整合。此外,科研团队还将两种抗生素加入打印材料中,能够在手术后的数周内缓释,降低感染风险。 在手术时,该'胶枪'将打印丝加热至较低温度,使材料软化而不损伤活体组织,然后精准地依照骨折形状现场打印骨移植体,最后材料在体温下快速凝固完成固定。这一过程无需传统骨移植制备的长时间等待,显著缩短手术时长和患者恢复期。
同时,患者特异的骨折形状得以即时重塑,确保更合理的生物力学支持和更佳的愈合环境。 在动物试验中,研究人员采用新西兰白兔进行腿骨骨折手术,先使用金属板与螺钉固定骨折,随后使用这种'胶枪'打印的复合骨样材料填补骨缺损对照组则使用传统骨水泥。术后经过12周的观察,使用新材料治疗的兔子显示出更优质的骨组织形成和骨密度提升,而且材料本身逐渐降解,促进了天然骨骼的重建。相较之下,传统骨水泥组骨整合效果较差且几乎无降解过程。 研究团队表示,这种技术的最大优势是能够实时个性化生成骨替代物,免去了传统骨移植前先制备模型或等待定制产品的时间,极大提升了手术操作效率和患者体验。尤其在处理形态复杂、不规则的骨折时更显示出独特价值。
目前,这项技术尚处于早期阶段,未来还需通过更多大型动物模型以及人体临床试验来评估安全性与效果。 除了骨折修复潜力,这种3D打印技术还可能广泛应用于骨缺损修复、颌面整形、关节重建以及骨科肿瘤切除后的重建手术。其材料的生物降解性和药物缓释特性,也为术后并发症预防提供了新的思路。随着设备与材料技术的进步,未来手术室内实时定制骨移植物有望成为常态。 此次'胶枪'3D打印骨移植的创新不仅展现了生物材料科学与3D打印技术的完美结合,还代表了精准医疗和个性化治疗的前沿。医学界正积极探索借助3D打印实现细胞级别的组织工程,未来或能实现活体细胞直接打印,实现更复杂的骨组织结构再造。
总之,这一研究成果为现代骨科治疗带来了颠覆性的理念和技术基础,期待未来临床应用能为骨折患者带来更安全、高效、个性化的治疗方案。 。
