1、3D打印人工骨

2016年，美國西北大學(xué)的科學(xué)家在《Science Translational Medicine》雜志上發(fā)表了他們在3D打印骨組織材料的研究。領(lǐng)導(dǎo)研究團(tuán)隊(duì)的Ramille Shah博士將他們設(shè)計(jì)的材料稱作為超彈性骨骼。該材料具有高度的通用性，同時具備骨再生功能，該材料的主要成分仍然是羥磷灰石。Shah和她的同事在溶劑中混合了90％的羥基磷灰石和10％的具有生物相容性以及可生物降解的醫(yī)用聚合物，使材料更像液體而不是固體。該團(tuán)隊(duì)將此混合物稱為墨水，因?yàn)樗�是專門應(yīng)用在3D打印機(jī)上的，超彈性骨骼用途廣泛，可以根據(jù)不同強(qiáng)度需求進(jìn)行印刷。其中包括高彈性的骨骼，可以承受較大載荷的骨骼以及更空心或密集的骨骼。Shah博士稱這些機(jī)械性能取決于3D打印物體的結(jié)構(gòu)。該技術(shù)能夠?yàn)槊總�患者定制合成骨，并且具有非常廣的應(yīng)用范圍，包括脊柱骨折的修復(fù)，運(yùn)動醫(yī)學(xué)損傷以及需要軟組織到骨頭愈合的ACL和肩袖損傷。

目前，噴墨打印正成為生產(chǎn)人工骨的有效方法。首先，通過重建從患者那里獲得的CAT掃描圖像來創(chuàng)建骨骼模型。然后將人造骨材料用作3D打印的“墨水”。根據(jù)移植的分辨率，將3D骨骼模型分為幾層。打印機(jī)將打印一層，然后再打印最后一層，最后生成人造骨骼。最近的多數(shù)研究表明，羥基磷灰石（HA）納米晶體是噴墨印刷人造骨的理想材料。HA納米晶體是通過濕法合成的，分別使用磷酸氫二銨和氯化鈣作為磷和鈣的前體。此外，在一些研究報告中，PCL還可以用于人造骨骼的噴墨印刷生產(chǎn)。與修復(fù)受損的骨頭相比，3D打印技術(shù)可以生產(chǎn)出滿足個性化修復(fù)需求的植入物。另一方面，3D打印技術(shù)生產(chǎn)的植入物對患者幾乎沒有不良影響。不同類別的宿主細(xì)胞，例如淋巴細(xì)胞和紅細(xì)胞，對人工移植物的免疫反應(yīng)最小。

對全球知名醫(yī)療器械公司的骨科戰(zhàn)略進(jìn)行分析，我們發(fā)現(xiàn)手術(shù)機(jī)器人和3D打印都是他們關(guān)鍵布局方向。美國通用公司投入了15億美元用于3D打印與增材制造領(lǐng)域；強(qiáng)生公司也與3D打印骨科植入物領(lǐng)域的知名企業(yè)密切合作。而隨著3D打印技術(shù)的日漸成熟，醫(yī)療領(lǐng)域有望形成規(guī)�；�定制市場。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，3D打印收入中大約有13％來自醫(yī)療行業(yè)。在2016年，全球3D打印骨科市場總值為5億美元，預(yù)計(jì)到2025年底將達(dá)到34.41億美元。并且骨科植入物是3D打印技術(shù)最早實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的醫(yī)療應(yīng)用領(lǐng)域之一，能夠根據(jù)患者的尺寸和需求實(shí)現(xiàn)真正的定制化，從而改善醫(yī)療能力。與現(xiàn)有方法相比，顯著的進(jìn)步是定制打印的骨骼可以迅速誘導(dǎo)骨骼再生和生長。

2、復(fù)合材料人工骨

傳統(tǒng)人工骨通常具有良好生物相容性和骨傳導(dǎo)性，但是缺乏誘導(dǎo)因子，只能當(dāng)做填充材料，無法促進(jìn)骨再生；而活性生物骨作為定向修復(fù)骨材料，兼具骨誘導(dǎo)、骨傳導(dǎo)活性，根據(jù)相關(guān)臨床試驗(yàn)顯示生物活性骨治療效果不低于自體骨移植預(yù)后效果，因此活性生物骨將成為目前骨缺損治療中的最佳植入材料。

研究人員開發(fā)了兼具兩者優(yōu)點(diǎn)的復(fù)合骨填充材料，如膠原蛋白 - 磷酸三鈣復(fù)合材料、血小板濃縮物 - 動物源骨粉復(fù)合材料、HA和 β-TCP復(fù)合材料等。這些材料的合成發(fā)展都預(yù)示著從人工骨的研發(fā)從單一材料到復(fù)合材料，骨缺損的修復(fù)材料始終向理想化的具有骨生成性、骨誘導(dǎo)性、骨傳導(dǎo)性、生物相容性及適當(dāng)降解速率等方向快速發(fā)展，復(fù)合材料的應(yīng)用給骨替代材料開辟了更為廣闊的前景。