原位打印可降解骨植入物促进临界尺寸骨缺损修复的创新技术与应用

研究人员针对骨缺损修复中传统植入物适配性差、制备工艺复杂等问题，开发了一种便携式原位打印技术，通过低温熔融挤出聚己内酯(PCL)/羟基磷灰石(HA)复合材料，实现个性化骨支架的即时成型。该技术兼具抗菌性、骨传导性及机械性能可调性，动物实验证实其显著促进兔股骨临界尺寸缺损修复，为临床骨再生提供了创新解决方案。

　　

研究背景与意义

骨缺损修复一直是骨科领域的重大挑战。自体骨移植虽为金标准，但存在供区并发症和来源限制；传统人工骨植入物则面临几何适配性差、有机溶剂残留等问题。现有3D打印技术虽能制备复杂结构，但需预先扫描建模且依赖笨重设备，难以满足术中即时个性化修复需求。更棘手的是，约33%的开放性骨折患者会继发感染，而系统性抗生素治疗易产生耐药性。

技术方法创新

韩国研究团队在《Device》发表突破性成果，开发了基于改良热熔胶枪原理的便携式打印系统。核心技术包括：1) 制备PCL(14/37/50 kDa)与HA(0-25%)复合棒材；2) 采用正温度系数(PTC)芯片实现80°C低温挤出；3) 整合万古霉素/庆大霉素实现缓释抗菌；4) 通过兔股骨1 cm临界缺损模型验证疗效。

核心研究发现

1. 材料制备与表征

通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)证实HA成功掺入，Alizarin Red S染色显示钙分布均匀。50 kDa PCL含25% HA(50H)组展现最优综合性能：

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  机械强度：压缩载荷592.8±52.3 N，弹性模量较纯PCL提升3倍

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  降解调控：5,000 U/L脂肪酶加速条件下，50H组降解速率比纯PCL慢40%

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  抗菌缓释：庆大霉素负载组对大肠杆菌抑菌圈达38.8±3.4 mm

2. 生物相容性验证

人骨髓间充质干细胞(hBMSC)培养实验显示：

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  50H组细胞增殖率较对照组提高20%(p<0.05)

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  成骨分化标志物OPN、OCN表达量提升2-3倍

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  Alizarin Red S染色显示钙结节形成增加50%

3. 动物实验突破

兔股骨缺损模型12周结果显示：

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  微CT显示50H组骨体积较商业骨水泥组增加35%

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  极性转动惯量提升表明力学稳定性增强

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  组织学显示胶原纤维有序排列，支架-宿主骨界面无缝整合

结论与展望

该研究首创的"手术室友好型"原位打印技术，通过三大创新点改写骨修复范式：1) 低温(80°C)无溶剂成型避免组织损伤；2) HA梯度掺入实现力学-降解-成骨性能协同调控；3) 模块化设计支持多种热塑性材料拓展应用。有限元分析证实支架可承受>1.6×10⁵次生理载荷循环，满足临时植入要求。未来通过引入粘附分子优化界面结合、开发多孔结构促进营养交换，将进一步推动临床转化。这项由韩国大学医学院主导的研究，为个性化骨再生提供了兼具科学性、实用性的技术平台。