3D打印多孔鈦支架！新思路解決骨科難題

來源： EngineeringForLife

鈦因其優(yōu)異的生物相容性和承載性廣泛用于骨科和牙科植入。但由于其生物活性較低和相較于皮質(zhì)骨（約20 GPa）和松質(zhì)骨（小于4 GPa）的彈性模量較高的特點（100-110 GPa），導(dǎo)致應(yīng)力遮蔽和無菌性松動等問題。多孔鈦通過降低植入物剛度并促進骨與植入物的生長來解決這些問題。彈性模量是材料固有的現(xiàn)象，與孔隙率無關(guān)，而剛度則結(jié)合幾何設(shè)計，在宏觀水平上抵抗變形的能力。使用金屬粉末和添加空隙保持劑粉末（如糖、鎂或鹽類）來設(shè)計高孔隙率的PM，通過部分燒結(jié)技術(shù)，能夠在3D打印支撐結(jié)構(gòu)中引入微孔網(wǎng)絡(luò)，形成多層次孔隙。宏觀通道（>300 μm）促進細胞的滲透、遷移和血管化，而微孔（~100 μm）則增強骨小梁和骨元的固定，從而增加植入物的穩(wěn)定性�？字�間的連接（稱為孔窗）對骨細胞的滲透深度和最終錨定位置起關(guān)鍵作用。多孔鈦解決長期存在的無菌松動和應(yīng)力遮蔽等骨科難題。

近日，來自美國西北大學(xué)的David C. Dunand教授團隊進行了3D打印多孔鈦支架結(jié)合具有生物活性的超分子聚合物用于骨科植入的相關(guān)研究。成果以“3D-Ink-Extruded Titanium Scaffolds with Porous Struts and Bioactive Supramolecular Polymers for Orthopedic Implants”為題于09月12日發(fā)表在《Acta Biomaterialia》上。   

   

本文要點：

（1）本研究通過使用直接油墨（DIW）技術(shù)制造含有鈦和NaCl顆粒的墨水，并燒結(jié)形成具有分層多孔結(jié)構(gòu)、低剛度和高延展性的鈦支架，進一步拓展多孔鈦的發(fā)展。支架的宏觀通道內(nèi)填充低劑量的重組骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2（rhBMP-2）和由肽兩親性納米纖維和膠原蛋白組成的生物活性超分子聚合物（SPS）。（2）本文載有BMP-2的支架在大鼠后外側(cè)腰椎融合模型中植于L4和L5橫突之間。通過μCT評估支架內(nèi)骨生長，研究支架微孔性和添加的生物信號劑對骨形成反應(yīng)的影響。光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡明確支架內(nèi)約100微米的空間支撐微孔尺寸、高曲率形態(tài)以及孔窗結(jié)構(gòu)。單軸壓縮測試顯示微孔支架具有低剛度和高延展性。   

（3）結(jié)果表明，使用SPS顯著促進骨形成，在包含微孔的支架中未發(fā)現(xiàn)顯著差異。本研究評估了SPS結(jié)合鈦支架在骨形成、骨生長和骨錨定到微孔鈦中的效果。為無菌松動和應(yīng)力遮蔽等骨科難題提供解決思路。

文章來源：

https://doi.org/10.1016/j.actbio.2024.09.004