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研究员优化3D打印的钛网植入物,以获得更好的骨再生

导读: 近日,来自哈佛Wyss研究所、Julius Wolff研究所、柏林-勃兰登堡再生疗法中心和Charité肌骨胳外科中心的合作研究团队聚集在一起,研究3D打印钛网支架在植入物中的益处。

近日,来自哈佛Wyss研究所、Julius Wolff研究所、柏林-勃兰登堡再生疗法中心和Charité肌骨胳外科中心的合作研究团队聚集在一起,研究3D打印钛网支架在植入物中的益处。最近在“科学转化医学”杂志上发表的临床前研究报告说,3D打印的支架确实有助于优化患者的骨再生。

研究员优化3D打印的钛网植入物,以获得更好的骨再生

在医疗领域内,大型骨缺损或损伤的治疗仍然是一个棘手的领域。由于感染、癌症或创伤等原因在上肢或下肢发生严重缺陷的人们通常必须进行截肢,因为难以重新生长或修复已超过某一点的骨组织。

一种现有的治疗包括从患者自身的骨组织中制造定制的骨移植物,尽管这种方法的成功率并不高。

根据最近的报告,定制的3D打印钛网支架可能是一个潜在的解决方案,因为植入物可以促进和实现自然骨再生。

Charité肌肉骨骼外科中心的一个研究小组已经证明能够设计和制造定制的3D打印的支架来治疗大的骨缺损。使用患者骨骼的CT扫描,医疗团队可以生成缺陷骨骼的3D模型。

基于这个数字模型,一个定制的支架可以3D建模,随后发送到使用激光烧结3D打印机的机构,并使用医疗级钛制造支架。所得到的产品是一种3D打印的钛植入物,以其多孔的支架结构而著称。

这种3D打印结构对于促进骨再生至关重要,因为它允许医生用病人的骨组织、生长因子和骨替代材料填充植入物。值得注意的是,3D打印网格结构已进行了机械优化,以“进一步加强愈合过程”。

正如位于Charité的Julius Wolff研究所的兽医Anne-Marie Pobloth博士所解释的那样:“我的团队开始使用计算机建模技术来优化标准尺寸的支架。使用大型动物模型,我们可以研究其对骨再生的实际影响。由于骨骼再生的过程与人类非常相似,因此我们能够推断人类骨骼愈合。”

到目前为止,Charité肌肉骨胳外科中心已经将定制的3D打印骨支架植入到共19名患者中,所有这些患者都显示出有希望的结果。

3D打印植入物本身的特征在于蜂窝状结构,其构造方式是形成促进和引导骨再生的小通道。重要的是,研究人员发现他们可以通过改变蜂窝结构的支柱直径来改变植入物的刚度,从而使他们能够测试不同刚度的有效性。

Julius Wolff生物力学与骨骼肌再生中心主任Georg N. Nuda博士说:“我们认为骨再生会根据植入的支架的硬度而变化。因此,为了研究在骨再生过程中机械刺激的效果,我们使用了四个测试组,接受不同刚度的植入物。”

这些测试的结果显示较软的植入物更有利于骨再生。创伤外科医生PF Philipp Schwabe博士解释说:“经过三个月的研究,放射学证据显示,软植入物比硬植入物产生更快的机械刺激反应,使骨生长更快。”

事实上,研究人员发现,3D打印植入物的生物力学特性直接影响骨形成的数量和再生骨的质量。

基于此情况,合作团队正在设计和生产使用3D打印技术的软质、机械生物学优化的钛网支架。该团队说,它的技术甚至可以用来治疗脊柱、口腔和颌面部缺陷。

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