定制的3D打印聚乳酸/聚乙二醇支架在软组织修复中的效果评估：一项犬类模型实验研究

《BMC Oral Health》：Evaluation of custom-made 3D printed polylactic acid/polyethylene glycol scaffolds in soft tissue augmentation: an experimental study in a canine model

3D打印PLA/PEG支架与CTG对犬类软组织增生的疗效对比显示，PLA/PEG组1个月纤维细胞计数显著高于CTG和对照组（p=0.002,0.001），且胶原面积百分比更高（p=0.021,0.001）。3个月后CTG组胶原面积百分比显著高于PLA/PEG组（p=0.024），但两组均实现有效软组织再生。支架的降解过程与新生血管分布相匹配，验证了其生物相容性和功能性。

　　本研究通过实验评估了定制的三维（3D）打印聚乳酸（PLA）/聚乙二醇（PEG）支架在横向软组织增厚方面的效果，并将其与结缔组织移植（CTG）进行了比较。实验对象为12只健康的杂交犬，旨在探讨新型生物材料在口腔软组织修复中的应用潜力。随着牙齿拔除后骨缝的自然吸收和重塑，口腔软组织的体积往往会逐渐减少，这种变化在拔牙后6个月内尤为明显。因此，软组织增厚成为种植修复或牙齿修复前的重要步骤，以确保良好的美学和功能效果。然而，传统的CTG方法虽然效果显著，但存在一定的局限性，如手术复杂性高、患者不适感强、并发症风险大等。为此，研究人员尝试通过3D打印技术制备PLA/PEG复合支架，以期在减少侵入性操作的同时实现高效的软组织修复。

实验设计采用了双阶段手术流程，第一阶段为牙齿拔除并制造骨缝缺陷，第二阶段为软组织修复。所有犬只在实验前接受了健康评估，并在实验期间保持良好的营养和护理条件。为了确保实验的严谨性，研究人员通过计算机软件随机分配犬只至三个实验组：PLA/PEG支架组、CTG组和空白对照组。每组共有16个骨缝缺陷，所有样本均在术后1个月和3个月时进行组织学和组织形态学分析。在术后1个月时，对其中6只犬进行安乐死，其余6只则在术后3个月时被处理，以评估不同修复方法在不同时间点的效果。

在材料制备方面，PLA和PEG的结合被视为一种创新策略。PLA以其良好的生物相容性和机械性能而广受关注，但其脆性、缓慢降解和疏水性限制了其在某些临床场景中的应用。PEG则因其高亲水性和可降解性，能够有效改善PLA的这些缺点。通过将PLA与PEG混合，研究人员制备了一种具有更优物理和生物特性的复合支架材料。这种材料的3D打印过程借助计算机辅助设计软件完成，确保了支架的精确性和定制化。支架的孔隙结构和尺寸通过扫描电镜（SEM）进行了详细分析，结果显示其孔隙大小约为350±10微米，具有良好的细胞附着和营养输送能力。

在实验操作过程中，研究人员首先通过牙龈瓣翻起和骨缝扩大等步骤制造了标准化的横向骨缝缺陷。随后，将定制的PLA/PEG支架精确地植入到这些缺陷中，并通过注射熔融PEG填充支架内部的空隙，以促进细胞的迁移和组织的形成。CTG组则采用传统的自体组织移植方法，从犬只的上颚侧壁获取结缔组织，并通过适当的处理和缝合技术将其植入骨缝。对照组则未进行任何修复处理，仅接受常规护理。所有手术均在严格的麻醉和术后管理下进行，确保了动物的健康和实验的顺利实施。

在组织学评估中，研究人员观察到PLA/PEG支架组和CTG组均能够有效增加软组织厚度。特别是在术后1个月，PLA/PEG支架组的纤维母细胞数量显著高于CTG组和对照组，这一发现表明该支架在促进细胞迁移和组织再生方面具有明显优势。此外，PLA/PEG支架组的胶原纤维表面积比例（%CSA）在术后1个月也显著高于其他两组，显示出更高效的胶原沉积和组织成熟。然而，在术后3个月时，CTG组的%CSA显著增加，而PLA/PEG组的%CSA则略有下降。这可能是因为CTG在后期主要依赖于自身组织的重塑，而PLA/PEG支架则随着降解逐渐被新生组织替代。

值得注意的是，PLA/PEG支架在术后1个月时表现出较高的残留支架材料表面积（%RSSA），而在术后3个月时这一数值显著下降，说明支架的降解过程是渐进且可控的。这种降解模式使得支架能够在组织再生过程中逐步释放，为细胞的生长和组织的形成提供支持，同时避免了长期滞留所带来的潜在风险。相比之下，CTG组的%RSSA变化较小，表明其降解过程较为缓慢，可能与其组织结构和生物降解特性有关。

在血管化方面，PLA/PEG支架组和CTG组均表现出良好的血管分布，特别是在术后早期阶段，血管在新生组织中密集分布，表明两种修复方法均能够有效促进组织的血液供应和营养输送。然而，随着组织的成熟，PLA/PEG支架组的血管分布逐渐趋于均匀，而CTG组的血管在术后3个月时依然保持较高的密度。这一现象可能与两种材料对组织微环境的调控能力不同有关。PLA/PEG支架的多孔结构可能在早期阶段促进了更广泛的血管化，而在后期随着支架的降解，新生组织能够更好地整合并维持稳定的血液供应。

从组织学图像中可以观察到，PLA/PEG支架组的新生组织在术后3个月时已完全整合到周围组织中，形成了一种稳定的软组织结构。胶原纤维的排列方式呈现出平行层状结构，这与支架的内部孔隙结构高度匹配，有助于组织的定向生长和成熟。相比之下，CTG组的组织结构虽然也显示出良好的整合性，但其胶原纤维的排列和密度在术后3个月时仍略逊于PLA/PEG支架组。这一结果可能与CTG本身的组织特性有关，其主要来源于自体组织，因此在组织成熟过程中可能受到更多外部因素的影响。

在统计分析方面，研究人员采用了多种方法来确保结果的可靠性。对于纤维母细胞数量（FC）的评估，PLA/PEG支架组在术后1个月和3个月时均显著高于CTG组和对照组。对于%CSA的评估，PLA/PEG支架组在术后1个月表现出最佳效果，而在术后3个月时，CTG组的%CSA显著提高。这种变化可能反映了两种材料在组织修复过程中的不同作用机制：PLA/PEG支架在早期阶段主要依赖于支架本身的结构引导细胞迁移和组织形成，而CTG则更多地依赖于自体组织的自身修复能力。%RSSA的变化趋势则进一步支持了PLA/PEG支架的降解特性，其在术后3个月时的残留材料显著减少，表明其生物降解过程较为理想。

本研究的结果表明，3D打印的PLA/PEG复合支架在软组织修复方面具有显著优势。它不仅能够有效增加软组织厚度，还能够促进组织的成熟和血管化，同时避免了传统CTG方法带来的高手术风险和患者不适。此外，PLA/PEG支架的结构设计能够引导特定类型的组织再生，从而减少对自体组织的依赖，提高治疗的可操作性和安全性。这些特性使其成为一种有前景的软组织修复材料，特别是在需要大量组织增厚或避免二次手术的临床场景中。

从临床应用的角度来看，PLA/PEG支架的使用可以显著降低患者的手术负担和并发症风险。传统CTG方法需要从患者自身组织中获取材料，这不仅增加了手术的复杂性，还可能导致供区组织的损伤和感染。而PLA/PEG支架则通过其可降解和可塑性特点，能够在体内逐渐被新生组织替代，减少对自体组织的依赖。这种材料的使用还能够提高治疗的精准性和可控性，通过3D打印技术实现个性化的支架设计，从而更好地适应不同的骨缝缺陷。

此外，PLA/PEG支架的结构特性，如多孔性、孔隙连通性和亲水性，使其在促进细胞迁移、组织形成和血管化方面具有显著优势。这些特性不仅有助于新生组织的生长，还能够为细胞提供适宜的微环境，从而提高组织修复的整体效果。在术后早期阶段，支架的结构能够有效引导细胞的分布和胶原纤维的沉积，而在后期则随着支架的降解，逐渐被成熟的软组织所替代。

尽管本研究取得了积极的结果，但其仍存在一定的局限性。例如，PLA材料的脆性和降解速度可能对支架的制造和植入过程带来一定的挑战，需要在手术过程中更加谨慎地操作。此外，由于实验仅基于组织学和组织形态学指标，未能全面评估支架的体积变化和整体组织修复效果，因此未来的研究可以进一步结合影像学技术，如CT扫描或MRI，以更全面地了解支架在体内的降解和组织形成过程。此外，临床试验的开展也至关重要，以验证该材料在人类患者中的应用效果和安全性。

综上所述，本研究为PLA/PEG复合支架在软组织修复中的应用提供了重要的实验依据。通过3D打印技术制备的这种材料不仅在结构设计上具有高度的可定制性，还在生物相容性、降解特性和组织引导能力方面表现出色。未来的研究可以进一步优化支架的降解速率和机械性能，以更好地适应不同的临床需求。同时，结合更先进的影像学技术和临床试验，将有助于推动该材料在实际医疗中的广泛应用。