综述：3D打印在骨科假体与矫形器制造中的应用

本综述系统评估了3D打印技术在骨科领域的应用，重点探讨了生物相容性材料（如PLGA/β-TCP复合材料）、再生策略（如细胞负载水凝胶）和个性化解决方案。研究表明，该技术能显著改善假体与矫形器的解剖匹配度，缩短恢复时间，并促进组织再生（如骨融合和血管生成）。尽管存在标准化缺失和长期数据不足等局限，3D打印仍为骨科提供了成本效益高且可定制的治疗新方向。

　　

技术与发展背景

3D打印技术通过精确构建三维结构，已成为再生医学领域的重要工具。结合高精度病理可视化技术，它为骨科个性化治疗策略提供了新途径。该技术尤其适用于植入物、矫形器和生物移植体的制造，通过计算机成像与医疗产品设计相结合，显著提升治疗效果。

材料科学与生物墨水

生物材料可分为三代：第一代为惰性材料（如金属、生物陶瓷和合成聚合物）；第二代为可降解材料（如磷酸盐聚合物）；第三代为具有生物活性的材料，例如负载生长因子、活细胞或基因的生物墨水。生物陶瓷材料（如磷酸三钙TCP）因钙磷离子比例与天然骨相似，能促进骨整合和再生。其他材料包括硫酸钙、羟基磷灰石（HA）和生物活性玻璃（BG），但BG的脆性仍需改进。

金属合金（如钛）具有高机械强度，但需通过孔隙结构设计优化其生物相容性。聚合物材料如聚乳酸-乙醇酸（PLGA）降解速率可调，但需与HA或TCP复合以增强抗压强度。藻酸盐和透明质酸（HA）制备的气凝胶可通过超临界流体技术形成多孔结构，为细胞增殖提供支持。

生物墨水的应用标志着技术突破：间充质干细胞（MSCs）、脂肪来源的基质细胞和软骨细胞可嵌入藻酸盐或胶原水凝胶中，并辅以生长因子（如BMP-2、FGF或TGF-β₁）以增强软骨再生。例如，Fedorovich等通过藻酸盐负载MSCs和软骨细胞，在动物模型中成功促进关节软骨再生。

骨科中的3D技术应用

个性化植入物通过CT或MRI成像与3D建模实现精准匹配，减少手术时间、出血量和辐射暴露，并改善长期稳定性。在肿瘤切除或严重骨缺损病例中，传统方法难以处理的不规则形态可通过3D打印定制植入体修复，同时提供肌肉和韧带附着点。

生物移植体（如自体或异体移植物）虽为首选，但存在可用性限制和免疫反应风险。3D打印支架结合生物活性物质（如BMP-2或VEGF）可促进骨形成和血管生成。研究表明，BMP-2的持续释放比短期释放更能增强成骨特性并减少炎症反应。

在骨关节炎治疗中，3D打印有望修复关节软骨，改善患者生活质量。例如，PLGA/β-TCP支架负载丹参酸B（Salvianolic Acid B）或淫羊藿苷（icariin）可加速脊柱融合模型中的矿化沉积和血管生成，为脊柱骨折治疗提供新方案。

3D矫形器的创新

矫形器用于改善或限制身体部位活动，在康复治疗中至关重要。3D打印矫形器通过轻量化、多孔结构和精准解剖适配，显著提升舒适度和功能性。研究表明：

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  疼痛减轻：3D腕部矫形器在PRWE和VAS评分中表现优于传统石膏或低温热塑性矫形器。
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  治疗过程优化：减少肌肉肿胀和皮肤摩擦，增强日常活动（如握持物体）的自然感。踝足矫形器（AFO）改善步态对称性和爬楼梯稳定性，但需优化背侧曲线设计以防止足下垂。
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  生产成本与时间：3D打印降低成本和技能要求，虽单件打印时间超24小时，但易于部件替换和数据存储。
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  儿科应用：个性化设计、颜色定制和轻质材料提高儿童患者接受度，并适应生长变化。

结论与展望

3D打印为骨科提供了个性化、成本效益高且具再生潜力的解决方案。生物相容性材料与活细胞结合的应用显著促进组织修复和功能恢复。然而，技术标准化缺失、长期临床数据不足和材料机械性能局限（如dECM基材料强度低于天然骨）仍需解决。未来需进一步研究、标准化协议和长期验证以推动临床广泛应用。