關節(jié)置換“翻修”時代 骨科材料的“推陳出新”

、北京大學首鋼醫(yī)院骨科碩士研究生王一川介紹，國內(nèi)已經(jīng)有公司使用鈦合金進行3D打印制備成骨小梁結構的骨缺損材料和植入物。“在保障骨缺損位置機械應力的情況下，骨組織能嵌入生長，而且材料價格比較親民，遠期效果也比較理想。”

但這同時也帶來一個問題：嵌入生長的不一定是骨組織

，還有瘢痕或者其他軟組織。

“如何使填補材料更好地嵌入生長呢?我們需要制作具有模擬體內(nèi)局部微環(huán)境結構特征的‘支架’，這時我們就想到了制備微納米纖維的電紡絲技術

。”關振鵬說。

所謂的電紡絲技術是指對針頭內(nèi)高分子液體施加高壓電

，使針頭內(nèi)液體帶有電荷，由于電荷之間互相排斥且與接地端互相吸引，使液體能夠克服表面張力射出針頭，從而獲得納米或微米尺度的細絲。

目前，電紡絲技術通過噴絲頭和收集器以及調(diào)節(jié)參數(shù)

，制造具有不同形態(tài)的納米纖維，例如中空、芯套筒以及珠狀結構和不同纖維直徑或其他獨特結構的納米纖維，并在骨再生領域應用。

“為了模擬骨的自然生長狀態(tài)

，靜電紡絲纖維膜可以通過相關方式影響成骨細胞的增殖和分化仿生的粗糙度、動態(tài)壓縮變量，使成骨細胞更好地增殖附著，達到骨快速生成的目的。”關振鵬說。

不過

，在臨床工作中，有很多關節(jié)置換的患者都伴有嚴重的骨質(zhì)疏松。

“植入周圍骨的質(zhì)量直接決定著手術效果

，于是，在植入假體或支持物上負載有利于骨再生的活性組分是非常好的途徑。”王一川說。

仍需接受臨床實踐的“考驗”

雖然靜電紡絲和3D生物打印在生產(chǎn)復雜結構方面有巨大潛力，但在臨床應用中也需要技術的提升

。

“我們需要深入研究材料負載水平對機械和生物性能的影響

，將宏觀的3D打印支架和微觀的微納米纖維相結合，實現(xiàn)宏觀新組織長入和微觀細胞行為調(diào)控，并尋求在靜電紡絲和3D生物打印支架中的平衡，以確保最佳性能。具體而言，材料需要滿足特定的要求才能確保制造方式高效和有效地運行，因此，在獲取優(yōu)化納米材料增強的骨組織工程支架時所采用的靜電紡絲和3D生物打印技術相結合，再優(yōu)化組合的方法，實現(xiàn)了宏觀和微觀的統(tǒng)一。”關振鵬說。

此外，張宏博認為

，還應利用分子生物學方法進一步探索誘導下的詳細機制生物現(xiàn)象，進而從分子機理上給予證實，才能增強靜電紡絲和3D生物打印支架工程化優(yōu)選產(chǎn)品的性能;同時，要充分利用現(xiàn)有的靜電紡絲和3D生物打印支架，重現(xiàn)多功能支架，節(jié)省設計成本。

當然，任何一項新技術

、新材料要實現(xiàn)臨床轉化，最為重要的是在臨床中得到驗證。它的安全性和有效性都需要在未來幾十年的臨床實踐中不斷總結。

一直以來

，骨水泥是骨科最常用的“膠水”，是用來固定植入物假體和骨的黏合劑，但其最終與人身體的主要應力組織——骨組織存在許多差異