應(yīng)用D打印技術(shù)制作組織工程支架：修復(fù)骨缺損的研究回顧

1、應(yīng)用3D打印技術(shù)制作組織工程支架：修復(fù)骨缺損的研究回顧 中國組織工程研究 第21卷 第10期 20170408出版 Chinese Journal of Tissue Engineering Research April 8, 2017 Vol.21, No.10 www. CRTER.org 金 燦，陳振琦(上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院口腔正畸科，上海市口腔醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海市 200011) 綜述 DOI:10.3969/j.issn.2095-4344.2017.10.022 ORCID: 0000-0002-4945-9643(金燦) 文章快速閱讀： 文題釋義： 3D打?。簩儆?/p>

2、快速成形技術(shù)的一種，它是一種數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層堆疊累積的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)(即“積層造形法”)。過去其常在模具制造、工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域被用于制造模型，現(xiàn)正逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造。特別是一些高價值應(yīng)用(比如髖關(guān)節(jié)或牙齒，或一些飛機(jī)零部件)已經(jīng)有使用這種技術(shù)打印而成的零部件，意味著“3D打印”這項(xiàng)技術(shù)的普及。 生物反應(yīng)器：指以活細(xì)胞或酶為生物催化劑進(jìn)行細(xì)胞增殖或生化反應(yīng)提供適宜環(huán)境的設(shè)備，它是生物反應(yīng)過程中的關(guān)鍵設(shè)備。生物反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)、操作方式和操作條件的選定對生物化工產(chǎn)品的質(zhì)量、收率(轉(zhuǎn)化率)和能耗有密切關(guān)系。生物反應(yīng)器的設(shè)計(jì)、放大是生化反應(yīng)工程的中

3、心內(nèi)容，也是生物化學(xué)工程的重要組成部分。 摘要 背景：在骨修復(fù)中，組織工程可以作為一種新的方法取代自體骨移植。其中支架是組織工程技術(shù)的重要元素，而3D打印技術(shù)可以在其制作過程中實(shí)現(xiàn)精確的調(diào)控，因此有關(guān)3D打印技術(shù)在支架制作中的應(yīng)用受到越來越多的關(guān)注。 目的：對現(xiàn)有關(guān)于3D打印支架應(yīng)用于骨缺損修復(fù)的體外或體內(nèi)研究進(jìn)行回顧，以期為未來的科研及臨床提供新的依據(jù)。 方法：由第一作者從PubMed數(shù)據(jù)庫中，以“tissue engineering; bone;three-dimensional printing;scaffold”為關(guān)鍵詞檢索2003年1月至2016年3月間發(fā)表的文獻(xiàn)，篩選出與3D打印組

4、織工程支架相關(guān)的文獻(xiàn)。 結(jié)果與結(jié)論：目前已有大量關(guān)于3D打印組織工程支架的研究，支架的材料選擇和表面修飾逐漸成為研究熱點(diǎn)。如今支架材料適當(dāng)?shù)目紫堵室殉蔀樵O(shè)計(jì)中必不可少的元素，越來越精細(xì)的加工手法也提升了支架的各項(xiàng)性能，而在材料的選擇上也越來越多的偏向于復(fù)合材料而不是單一的同種材料，這些措施不僅提高了機(jī)械性能，還促進(jìn)了細(xì)胞附著和生長繁殖，最后對于支架的各種促成骨表面處理，更是在細(xì)胞分子水平上促進(jìn)了機(jī)體與植入材料間的互相作用。體內(nèi)外的研究結(jié)果均顯示復(fù)合材料且表面涂布骨誘導(dǎo)涂層均可以不同程度地提高支架性能和促進(jìn)成骨。 關(guān)鍵詞： 生物材料；骨生物材料；骨；3D打??；支架 主題詞： 生物相容性材料；牙槽

5、突；支架；組織工程 基金資助： 上海市科學(xué)技術(shù)委員會科研計(jì)劃項(xiàng)目(124119b0103) Tissue-engineered scaffold preparation using three-dimensional printing technology: a retrospective study on bone repair Jin Can, Chen Zhen-qi (Department of Orthodontics, Shanghai Ninth Peoples Hospital, Shanghai Jiao Tong University School of Medicine,

6、 Shanghai Key Laboratory of Stomatology, Shanghai 200011, China) Abstract BACKGROUND: The tissue-engineered scaffold, as a substitute of autogenous bone graft, plays an important role in bone repair. In the meanwhile, three-dimensional (3D) printing technology has obtained more attention because of

7、its accurate adjustment. ISSN 2095-4344 CN 21-1581/R CODEN: ZLKHAH 金燦，女，1992年生，江 蘇省人，漢族，上海交通大學(xué)在讀碩士，主要從事唇腭裂方向的正畸研究。 通訊作者：陳振琦，教授，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院口腔正畸科，上海市口腔醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海市 200011 中圖分類號:R318 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:2095-4344 (2017)10-01611-06 稿件接受：2016-12-13 Jin Can, Studying for masters degree, Department of Orthod

8、ontics, Shanghai Ninth Peoples Hospital, Shanghai Jiao Tong University School of Medicine, Shanghai Key Laboratory of Stomatology, Shanghai 200011, China Corresponding author: Chen Zhen-qi, Professor, Department of Orthodontics, Shanghai Ninth Peoples Hospital, Shanghai Jiao Tong University School o

9、f Medicine, Shanghai Key Laboratory of Stomatology, Shanghai 200011, China 1611 OBJECTIVE: To review the in vitro or in vivo studies on the 3D-printed scaffolds applied in bone repair, thus providing basis for clinical research. METHODS: The first author searched the PubMed database using the Englis

10、h keywords of “tissue engineering, bone, three-dimensional printing, scaffold” for pertinent articles addressing 3D-printed tissue-engineered scaffolds. RESULTS AND CONCLUSION: There are plenty of studies on 3D-printed tissue-engineered scaffolds, and recent research focuses on the material selectio

11、n and surface modification. The appropriate porosity is vital, and with the development of manufacturing technology, each property of the scaffold is improved, and composite materials prevail gradually. All above improvements enhance the mechanical property and promote cell adhesion and proliferatio

12、n. Furthermore, the surface modification promotes the implant-bone interaction. In vivo and in vitro research both indicate that composite materials with the surface coating of bone induction can improve the scaffold performance and osteogenesis. Subject headings: Biocompatible Materials; Braces; Al

13、veolar Process; Tissue Engineering Funding: the Scientific Research Program of the Shanghai Science and Technology Committee, No. 124119b0103 Cite this article: Jin C, Chen ZQ. Tissue-engineered scaffold preparation using three-dimensional printing technology: a retrospective study on bone repair. Z

14、hongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu. 2017;21(10):1611-1616. 0 引言 Introduction 牙槽突裂作為一種臨床常見的骨組織缺損，經(jīng)統(tǒng)計(jì)約75%的唇腭裂患者伴有牙槽突裂，作為上頜骨的一部分，牙槽突裂的完整性與患者牙列功能行使和面部美觀密切相關(guān)，其表現(xiàn)為牙槽突骨質(zhì)缺損、牙弓完整性喪失、牙列擁擠、口鼻瘺以及由于鼻翼基底部缺乏骨組織支持而出現(xiàn)的鼻翼塌陷、面部不對稱等癥狀。而唇腭裂是一種表現(xiàn)多樣且極為常見的先天性畸形，在中國其發(fā)病率高達(dá)0.18%，在各種先天畸形中位居第三，這種畸形對唇腭裂患者的生理心理均不同程度地存在不利影響，因此尋找一種適宜的牙

15、槽突裂修復(fù)方式顯得非常必要。 目前臨床最常用的治療方法為自體骨移植，為牙槽突裂手術(shù)修復(fù)的金標(biāo)準(zhǔn)，取骨部位通常為髂骨、頦部、肋骨等 5-6 3 4 2 1 支架的方法，例如氣體發(fā)泡、溶劑澆筑、熔化鑄造和凍干法等，很難控制支架孔隙之間的連接、孔隙尺寸和總體孔隙率，而3D打印技術(shù)在一定程度上克服了這一系列問題 11-13 。3D打印技術(shù)是應(yīng)用層層相疊的打印技術(shù)來制 作三維材料，通過電腦輔助設(shè)計(jì)和電腦輔助制作來實(shí)現(xiàn)快速成型打印，從而構(gòu)建復(fù)雜組織結(jié)構(gòu)。 目前已有研究采用3D打印技術(shù)成功制備膝關(guān)節(jié)半月板、血管、肝臟等三維模型 14 ，充分體現(xiàn)了3D打印技術(shù) 在實(shí)現(xiàn)人體組織器官再生方面的潛力。3D打印原理類

16、似于激光成型技術(shù)，分層加工、疊加成形，打印過程類似于CT或者M(jìn)RI掃描的逆過程，將一層層剖面圖重建從而構(gòu)成三維結(jié)構(gòu)。3D打印的支架因其在三維方向上的可調(diào)控性，對孔隙率及孔隙大小的嚴(yán)格設(shè)定，為細(xì)胞生長及組織重建提供了類似于細(xì)胞外基質(zhì)的三維生長環(huán)境 15 。同時 。然而越來越多的臨床工作者發(fā)現(xiàn)，自3D打印的個性化設(shè)計(jì)，可以使其達(dá)到多層次的結(jié)構(gòu)要求，高度模擬不同部位天然骨的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。而隨著研究的逐層深入，3D打印的設(shè)計(jì)及制作也隨之不斷發(fā)展，文章就其在組織工程修復(fù)骨缺損中的應(yīng)用作一些回顧，以期對臨床提供新的思路。 體骨移植具有植骨區(qū)吸收且供區(qū)骨量不足的缺點(diǎn)，同時存在供區(qū)受創(chuàng)、疼痛、感染、感覺異常、功能

17、受損等不足?！敖M織工程”的概念自20世紀(jì)80年代首次被提出后，因其摒棄傳統(tǒng)外科“以創(chuàng)傷修復(fù)創(chuàng)傷”的理念，轉(zhuǎn)而開啟“支架+干細(xì)胞+生長因子”的新型治療模式而得到了大量關(guān)注。而3D打印作為一種新興技術(shù)，可以根據(jù)缺損的形態(tài)做出高度匹配的支架，而由于牙槽突在口內(nèi)的功能環(huán)境復(fù)雜，應(yīng)力多元化，材料性能良好且盡可能契合原本裂隙的植入體是最適宜的，并且3D打印還可以精確到在微米級上控制孔隙的大小及微結(jié)構(gòu)等。 組織工程是一種組織再生技術(shù)，可以有效避免上述對供區(qū)的創(chuàng)傷，制作出替代自體骨的生物材料，顯著減少患者的痛苦和總體費(fèi)用，為臨床上修復(fù)牙槽突裂提供了新的途徑。 組織工程有三大要素：種子細(xì)胞，支架材料，生長因子

18、8-9 7 7 1 資料和方法 Data and methods 1.1 資料來源 第一作者應(yīng)用計(jì)算機(jī)檢索2003年1月至2016年3月PubMed數(shù)據(jù)庫(http:/www.ncbi.nlm.nih. gov/pubmed/)，英文檢索詞為“tissue engineering、 bone、 three-dimensional printing、 scaffold”，共檢索到40篇相關(guān)文獻(xiàn)。 1.2 納入標(biāo)準(zhǔn) 文章需為通過3D打印技術(shù)制作組織工程支架相關(guān)領(lǐng)域的成果報(bào)道或未來應(yīng)用探索；涉及同一領(lǐng)域的選擇近期發(fā)表或在權(quán)威雜志上發(fā)表的文章。 1.3 排除標(biāo)準(zhǔn) 重復(fù)性研究；實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不合理的文獻(xiàn)。 1

19、.4 數(shù)據(jù)的提取 計(jì)算機(jī)初檢得到40篇文獻(xiàn)，閱讀標(biāo)題和摘要初篩，排除重復(fù)報(bào)道的病例及內(nèi)容與綜述所述不相關(guān)的文獻(xiàn),納入符合標(biāo)準(zhǔn)的文獻(xiàn)33篇。文獻(xiàn)檢索流程圖見圖1。 P.O. Box 10002, Shenyang 110180 www.CRTER.org 。支架材料作為組織工程技術(shù)的三大要素之一， 其最理想的要求包括：卓越的骨傳導(dǎo)性；可調(diào)控的生物降解性能；高度連通的多孔結(jié)構(gòu)；傳遞細(xì)胞或者治療藥物的能力；合適的機(jī)械性能和塑形的能力 1612 10 。傳統(tǒng)制備 將種子細(xì)胞從組織中分離出來，體外擴(kuò)增后與支架混合形成細(xì)胞-材料復(fù)合物，將復(fù)合物植入機(jī)體，隨著材料逐漸被降解吸收，細(xì)胞體內(nèi)增殖，最終形成相應(yīng)的

20、組織或者器官，這樣的技術(shù)被稱為組織工程技術(shù)。在整個技術(shù)中，支架形成了三維結(jié)構(gòu)用以支持細(xì)胞的生長，也通過孔隙為細(xì)胞提供營養(yǎng)以及排泄代謝廢物，最終植入體內(nèi)也需要適宜的支架形態(tài)處理，以利于植入物更好地發(fā)揮各項(xiàng)性能，故支架的材質(zhì)、制作工藝以及形態(tài)的設(shè)計(jì)是組織工程研究的重點(diǎn)所在。文章將從孔隙的設(shè)計(jì)、制作工藝的不同、材料的復(fù)合方式以及表面促生長因子涂層的應(yīng)用4個方面來闡述近幾年來對于支架的研究進(jìn)展以及未來的展望。 2.1 孔隙設(shè)計(jì) 支架中必要的孔隙給種子細(xì)胞的沉積提供了更大的表面積，并且可以為新生組織的長入提供引導(dǎo)，相互連通的通道還可以促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)的傳遞和代謝物的排泄。早在2004年，Seitz等 16

21、便利用改良的羥基磷灰石粉末材料，通過3D打印技術(shù)制作出了多孔生物陶瓷支架，該支架可以具備直徑45 m的通道且通道間壁厚僅為330 m，機(jī)械強(qiáng)度可達(dá)到22 MPa。然而單一的孔隙并不能發(fā)揮出最大的作用，通道直徑大小和通道排列方式的不同對于成骨的影響尚無定論。 Simon等 17 為了研究這方面，在2008年用同樣的材 料通過3D打印制作陶瓷多孔支架。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)分為2組:組一：直徑500 m的通道與支架長軸平行，以及組二：直徑800 m的通道且每層通道互相垂直，MicroCT分析 ISSN 2095-4344 CN 21-1581/R CODEN: ZLKHAH www.CRTER.org 長入孔隙

22、的新骨生成量，結(jié)果表明組一在初期(8周)新骨長入孔隙的容積百分比顯著大于組二，但是在16周時，組二新骨長入孔隙的容積百分比有所提升，相反的組一則減少了28%-45%，故最終結(jié)果表明組二的孔隙設(shè)計(jì)在16周的時候表現(xiàn)出較好的成骨特性。 2011年Khoda等 18 利用3D打印可控性強(qiáng)的特點(diǎn)， 制作出了孔隙大小和孔隙率根據(jù)組織需求呈現(xiàn)不同梯度的支架，來滿足同一組織中可能需要不同機(jī)械性能和生物性能的要求，這種支架具有更優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)完整性，提高了氧擴(kuò)散的能力，可以順利引導(dǎo)組織再生，最重要的是形成了一個恒定的孔隙規(guī)格、相互聯(lián)系的復(fù)合孔隙通道系統(tǒng)，從而更準(zhǔn)確地規(guī)劃了細(xì)胞沉積和生長路徑。 同年 Fedorov

23、ich等 19 運(yùn)用水凝膠材料，研究得出 3D打印的多孔水凝膠支架對干細(xì)胞的成血管和成骨有促進(jìn)作用，以及干細(xì)胞在低氧環(huán)境下新陳代謝和成骨分化的作用增強(qiáng)，說明孔隙的引進(jìn)也顯著提高了水凝膠支架的傳導(dǎo)性能和成骨祖細(xì)胞的功能發(fā)揮。 2.2 制作工藝 經(jīng)過多年的實(shí)踐探索，組織工程支架，包括3D打印技術(shù)制作的支架與傳統(tǒng)制作手法和工藝比較有了一定的發(fā)展。傳統(tǒng)的制作流程為：粉末在高分子粘結(jié)劑的作用下分層沉積，制作出生胚后清除多余的粉末，在1 250 的高溫下燒結(jié)，高分子粘接劑被分解，從而支架成形。 膠原-羥磷灰石復(fù)合支架是一種常見的復(fù)合支架，這種復(fù)合支架的常規(guī)制作方法是通過冷凍組分中的水分散體，而后冷凍干燥法

24、干燥形成泡沫狀基質(zhì)，然而因其不良好的營養(yǎng)和氧流通以及代謝物的排出不便，不適合細(xì)胞群落的生長。 2008年Sachlos等 20 利用液態(tài)二氧化碳，通過3D打 印技術(shù)和臨界點(diǎn)干燥法，在無細(xì)胞毒性和不改變羥磷灰石以及膠原成分基本結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的前提下，制造出了更適宜細(xì)胞附著及生長的支架形態(tài)。而傳統(tǒng)工藝中，基于粉末材料的3D打印技術(shù)作為常規(guī)技術(shù)被廣泛應(yīng)用，但隨后因不易清除成型的支架結(jié)構(gòu)上面所有的松散粉末，而游離粉末對支架的性能有一定影響，因而無粉技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。 2013年Butscher 21 設(shè)計(jì)出可以俘獲松散粉末的帶 窗籠狀結(jié)構(gòu)，研究包括2種形態(tài)的裝臵：沙漏狀和柱狀，實(shí)驗(yàn)按照裝臵與支架主體的關(guān)系不同分

25、為可移動組和與支架主體結(jié)合組，結(jié)果表明可移動組能夠更好的實(shí)現(xiàn)無粉操作，顯著提高了支架的各種性能。 除了對制作工藝宏觀的調(diào)控，微觀上對支架材料內(nèi)部性狀的改變也可以促進(jìn)支架作用的發(fā)揮。軟骨損傷會導(dǎo)致關(guān)節(jié)退行性變，2012年Fedorovich等 22 應(yīng)用3D纖 維沉積技術(shù)制作負(fù)載細(xì)胞的多相帶孔水凝膠支架，通過改變纖維的位臵和角度來做出不同孔隙率和彈性模量 1613 23 為了獲得可比較的體外結(jié) 果，應(yīng)用生物反應(yīng)器給3D打印支架提供了一個可控的流體環(huán)境，提高了細(xì)胞的存活率。實(shí)驗(yàn)表明，無生物反應(yīng)器的靜態(tài)培養(yǎng)環(huán)境下細(xì)胞數(shù)量明顯減少。有趣的是，生物反應(yīng)器制造的動態(tài)培養(yǎng)環(huán)境不僅可以減緩細(xì)胞數(shù)量的減少，還可

26、以顯著提高細(xì)胞分化能力。 2.3 復(fù)合材料 單一材料制作的支架已經(jīng)無法滿足組織工程結(jié)構(gòu)的各種性能要求，復(fù)合材料必定是今后研究的重點(diǎn)。在2013年Korpela等 24 意識到3D打印熔融沉積 成型法可以使用熱塑性高分子聚合物來制作支架，但是其材料的應(yīng)用范圍還沒有完全被明確，于是針對兩種復(fù)合支架進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)：聚已內(nèi)酯/生物玻璃(PCL/BAG)和丙交酯/己內(nèi)酯(PLC)共聚物，結(jié)果表明細(xì)胞在2種支架上均有顯著生存和發(fā)育能力，但是成纖維細(xì)胞在后者的沉積能力顯著高于前者。而由于直接3D打印技術(shù)對于材料的選擇有限制，Lee等 25 利用間接3D打印技術(shù)，在通過明膠制作所需形狀的模型，利用聚乙酸內(nèi)酯和殼聚

27、糖的復(fù)合材料，最終形成復(fù)合型支架(圖2)。結(jié)果表明該類支架性能較單一材料支架有顯著提升，且生物活性磷灰石因其具有骨誘導(dǎo)特性而作為涂層材料，加速了細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移。 圖2 3D打印技術(shù)制作的復(fù)合型支架24 圖注：圖A為3D打印明膠模型圖；B為模型掃描電鏡圖(標(biāo)尺= 1 mm) ；C為模型掃描電鏡圖(標(biāo)尺= 200 m) 除了主要組分材料的復(fù)合以外，在輔料的配比上的 研究也可以優(yōu)化支架的各項(xiàng)性能。在2014年，Inzana 26 通過低溫3D打印技術(shù)制作磷酸三鈣支架，在磷酸粘結(jié)劑溶液為8.75%的配比且加入吐溫80的條件下3D打印，使細(xì)胞相容性和機(jī)械強(qiáng)度最大化。實(shí)驗(yàn)為了獲得更好的性能，膠原被融入粘

28、結(jié)劑中來形成膠原-磷酸鈣成分，并分別通過生理溫度和吐溫80處理，減少粘度和表面張力。結(jié)果表明補(bǔ)充1.0%-2.0%的膠原可以最大化地提高彈性形能和細(xì)胞存活率。 復(fù)合材料不僅指兩種材料的復(fù)合，3種或者更多的材料的復(fù)合也可以使材料性能更加多元化。2015年Goncalves 27 研究出一種三相支架，成分包括：納米晶 體羥磷灰石、碳納米管和高分子聚乙酸內(nèi)酯。碳納米管含量從0到10%，混于50%的聚己內(nèi)酯基質(zhì)中，羥基磷灰石作為平衡成分，結(jié)果表明含有2%的碳納米管的實(shí) 1614 www.CRTER .org 驗(yàn)組擁有最好的綜合性能包括機(jī)械性能和導(dǎo)電性，且具有良好的細(xì)胞附著和傳播性能，預(yù)示這種新的合成材

29、料良好的應(yīng)用前景。 2.4 表面涂層處理 復(fù)合材料的應(yīng)用很大程度上提高了支架的各項(xiàng)性能，而隨著研究的深入，支架表面涂層也逐漸成了研究的重點(diǎn)。 人骨中常見的微量元素有硅、鋅、鍶、鎂等，這些微量元素具有促進(jìn)成骨和成血管的功能。比如硅元素參與骨的鈣化作用，在鈣化初始階段起作用，食物中的硅能增加鈣化的速度，尤其當(dāng)鈣攝入量低時效果更為明顯；鍶可調(diào)節(jié)MSCs(骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞)向成骨細(xì)胞分化，并促進(jìn)骨基質(zhì)蛋白的合成和沉淀；鋅和鎂均為人體維持正常生理功能所必需的微量元素。 早在2013年Fielding等 28 就研究得出，在-磷酸 三鈣表面涂層氧化硅和氧化鋅，結(jié)果表明涂層促進(jìn)了成骨和成血管的作用，而且新血

30、管形成量是單純磷酸三鈣支架組的3倍。Tarafder等 29 一直致力于3D打印磷 酸三鈣支架的性能研究，在2013年的前期研究中表明微波燒結(jié)技術(shù)可以有效增強(qiáng)磷酸三鈣多孔支架的機(jī)械性能，又因?yàn)榱姿崛}支架中阿侖膦酸鈉的釋放代表了磷酸三鈣的降解，他們于2014年研究得出在磷酸三鈣支架表面加上聚乙酸內(nèi)酯涂層 30 ，對控制和維持阿 侖膦酸鈉釋放有作用。研究表明磷酸三鈣+阿侖膦酸鈉+ 聚己內(nèi)酯支架組最大化地促進(jìn)新骨生成，跟單純磷酸三鈣組和聚己內(nèi)酯涂層的磷酸三鈣組相比，所有包含阿侖膦酸鈉組分的支架組均顯示較高的新骨生成和較少的破骨細(xì)胞反應(yīng)，這說明體內(nèi)阿侖膦酸鈉從聚己內(nèi)酯涂層的磷酸三鈣支架上釋放可以誘導(dǎo)

31、早期成骨增加。在此基礎(chǔ)上，Tarafder等于2015年研究出 31 在3D 打印且微波燒結(jié)而制作的(磷酸三鈣)支架表面增加氧化鍶和氧化鎂涂層，并對大鼠股骨遠(yuǎn)中端的缺損進(jìn)行修復(fù)，跟單純磷酸三鈣支架相比較，含氧化鍶和氧化鎂涂層的支架可以更快地誘導(dǎo)礦化骨鈣蛋白和一型膠原的生成，結(jié)果顯示涂層組可以通過加速成骨和成血管來早期修復(fù)骨缺損。 除了微量元素，一些蛋白也對成骨有促進(jìn)作用，已知骨形成蛋白家族成員約有43種，而骨形態(tài)發(fā)生蛋白2是其中成骨活性最強(qiáng)的一種。 Shim 32 于2014年研究出一個重組人骨形態(tài)發(fā)生蛋 白2慢傳遞系統(tǒng)，分別利用膠原和明膠包裹重組人骨形態(tài)發(fā)生蛋白2，前者長效傳遞，時間長達(dá)28

32、 d，后者短效傳遞，時間為7 d左右。對于人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞來說，5 mg/L的重組人骨形態(tài)發(fā)生蛋白2劑量是無細(xì)胞毒性的，體內(nèi)試驗(yàn)表明在4周和8周時長效釋放模式的聚己內(nèi)酯/PLGA/膠原/重組人骨形態(tài)發(fā)生蛋白2復(fù)合支架顯示了良好的修復(fù)性能且無組織炎性反應(yīng)，而短效組則在4周左右的時候發(fā)生了大量巨噬細(xì)胞反應(yīng)。 P.O. Box 10002, Shenyang 110180 www.CRTER.org 33 將微量元素與骨形成蛋白結(jié)合，在多孔聚酯支架表面涂布三種磷酸鈣涂層：鎂替代-磷酸三鈣(-TCMP)、碳酸化羥基磷灰石(SBM)和雙相磷酸鈣(BCP)，且分別負(fù)載有不同劑量的重組人骨形態(tài)發(fā)生蛋白2，

33、3組支架都可以有效維持重組人骨形態(tài)發(fā)生蛋白2的長效釋放，組織學(xué)結(jié)果顯示在支架表層骨生長迅速，表明在有涂層的支架組可以觀察到良好的骨整合和骨誘導(dǎo)，鑒于重組人骨形態(tài)發(fā)生蛋白2對新骨生成的促進(jìn)作用，結(jié)果進(jìn)一步說明支架涂層和重組人骨形態(tài)發(fā)生蛋白2具有協(xié)同作用。 2.5 其它 目前關(guān)于3D打印組織工程骨支架的研究重點(diǎn)不僅體現(xiàn)在支架和細(xì)胞的相互反應(yīng)方面，同時涉及其與宿主之間的相互關(guān)聯(lián)。為了研究細(xì)胞外基質(zhì)對生物反應(yīng)的影響，Kumar等 34 在2016年發(fā)表的研究中，制造出模仿 天然細(xì)胞外基質(zhì)的成分應(yīng)用于3D打印燒結(jié)的羥基磷灰石支架，細(xì)胞外基質(zhì)利用凍融循環(huán)法進(jìn)行脫細(xì)胞處理，結(jié)果表明在脫細(xì)胞基質(zhì)中的支架表面，

34、蛋白、肌動蛋白和黏著斑蛋白有顯著的高表達(dá)，表明基質(zhì)脫細(xì)胞處理后的支架可以提供一個可以促進(jìn)細(xì)胞-細(xì)胞以及細(xì)胞-支架反應(yīng)的有利環(huán)境，所以對于支架外基質(zhì)的處理也為3D打印支架更好地修復(fù)骨缺損提供新思路。 3 討論 Discussion 針對骨的組織工程研究尤其多見，包括長骨的大段骨缺損 35 、承載重要器官的顱骨的缺損 36 、還有行使功能時 環(huán)境復(fù)雜的牙槽突的缺損37 。骨組織作為主要承重結(jié)構(gòu)， 在人體結(jié)構(gòu)中扮演著無可替代的作用。支架作為組織工程骨中起支撐作用的組分，需要良好的機(jī)械性能和形態(tài)結(jié)構(gòu)，而由于組織工程骨起到臨時修復(fù)功能，之后自體骨的生長會逐漸替代組織工程骨，故支架的可吸收性、吸收速度及支

35、架材料對機(jī)體的促成骨作用也是設(shè)計(jì)中需考慮的重要因素。 現(xiàn)如今支架材料適當(dāng)?shù)目紫堵室殉蔀樵O(shè)計(jì)中必不可少的元素，越來越精細(xì)的加工手法也提升了支架的各項(xiàng)性能，而在材料的選擇上也越來越多的偏向于復(fù)合材料而不是單一的同種材料，這些措施不僅提高了機(jī)械性能，還促進(jìn)了細(xì)胞附著和生長繁殖，最后對于支架的各種促成骨表面處理，更是在細(xì)胞分子水平上促進(jìn)了機(jī)體與植入材料間的互相作用。 綜上所述，目前對于應(yīng)用3D打印技術(shù)并經(jīng)過各項(xiàng)改良的組織工程支架的研究取得了良好的成果，盡管仍需要大量的研究支持最終的臨床應(yīng)用，其在牙槽突裂植骨術(shù)中仍然有著良好的應(yīng)用前景。 未來對于組織工程支架的研究重點(diǎn)需放在材料吸收速率與新骨生成速度匹配

36、程度和減少炎癥反應(yīng)方面，并且牙槽突作為承擔(dān)牙齒咀嚼力的部分，特別是在口內(nèi)應(yīng)力復(fù)雜的條件下，其特殊性對于支架材料的性能又有 ISSN 2095-4344 CN 21-1581/R CODEN: ZLKHAH www.CRTER.org 著不同的要求，還需要進(jìn)一步的研究與探索。相信在不久的將來，3D打印輔助組織工程技術(shù)可以成熟地應(yīng)用于牙槽突裂修復(fù)術(shù)中，更好地幫助完全性唇腭裂患者獲得理想的功能和美觀。 致謝：衷心感謝上海市科學(xué)技術(shù)委員會科研計(jì)劃項(xiàng)目(124119b0103)資助，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：陳振琦教授。 利益沖突：第一作者、通訊作者構(gòu)思設(shè)計(jì)本綜述，第一作者完成對文獻(xiàn)的檢索、綜述的撰寫，通訊作者對綜述

37、進(jìn)行修改和審校。 利益沖突：所有作者共同認(rèn)可文章無相關(guān)利益沖突。 倫理問題：文章的撰寫與編輯修改后文章遵守了系統(tǒng)綜述和薈萃分析報(bào)告規(guī)范(PRISMA指南)。 文章查重：文章出版前已經(jīng)過CNKI反剽竊文獻(xiàn)檢測系統(tǒng)進(jìn)行3次查重。 文章外審：文章經(jīng)國內(nèi)小同行外審專家雙盲外審，符合本刊發(fā)稿宗旨。 作者聲明：第一作者對于研究和撰寫的論文中出現(xiàn)的不端行為承擔(dān)責(zé)任。論文中涉及的原始圖片、數(shù)據(jù)(包括計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫)記錄及樣本已按照有關(guān)規(guī)定保存、分享和銷毀，可接受核查。 文章版權(quán)：文章出版前雜志已與全體作者授權(quán)人簽署了版權(quán)相關(guān)協(xié)議。 開放獲取聲明：這是一篇開放獲取文章，文章出版前雜志已與全體作者授權(quán)人簽署了版權(quán)相

38、關(guān)協(xié)議。根據(jù)知識共享許可協(xié)議“署名-非商業(yè)性使用-相同方式共享3.0”條款，在合理引用的情況下，允許他人以非商業(yè)性目的基于原文內(nèi)容編輯、調(diào)整和擴(kuò)展，同時允許任何用戶閱讀、下載、拷貝、傳遞、打印、檢索、超級鏈接該文獻(xiàn)，并為之建立索引，用作軟件的輸入數(shù)據(jù)或其它任何合法用途。 4 參考文獻(xiàn) References 1 Cho-Lee GY, Garca-Dez EM, Nunes RA,et al.Review of secondary alveolar cleft repair.AnnMaxillofac Surg.2013; 3 (1):46-50. 2 Bergland O, Semb G, A

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