当骨骼“遭遇”3D打印：材料新技术促进骨组织再生

当前3D打印生物陶瓷支架主要用于骨组织工程，但在软骨再生、肿瘤治疗方面的研究并不多。如图所示，3D打印的L2C4S4支架具有双重生物活性，可以满足软骨和软骨下骨重建的要求，这代表了一种全新的骨软骨修复策略。

L2C4S4支架软骨重建示意图，这个过程采用溶胶-凝胶法合成了纯相Li 2Ca4Si4O13粉体。3D打印的L2C4S4支架不仅促进软骨成熟，而且刺激了骨骼成骨分化；L2C4S4支架显著促进了软骨再生，促进软骨下骨组织在体内重建。

（a，b）LI2Ca4Si4O13支架照片，（c）LI2Ca4Si4O13支架扫描电镜图像；（d）手术后12周，LI2Ca4Si4O13支架中的缺陷照片，（E）微CT成像分析。

根据研究者的说法，他们采用3D打印技术，制造了一种可印刷的生物陶瓷，包括锂、钙和硅离子的混合物，可以同时支持软骨和骨组织的再生。

退化性疾病和影响软骨的损伤可以延伸到下面的骨骼组织，这被组织被称为软骨下组织，尤其是关节周围大量存在。关节炎疾病进程中，软骨首先受到损伤，而软骨损伤通常累及软骨下骨，进而导致骨-软骨缺损。由于软骨和软骨下骨的生物学特性不同，因此骨-软骨一体化修复极具挑战。而且由于软骨自愈能力很差，因此，对于骨科和运动医学而言，这种类型的关节软骨损伤更加难以修复。

由于软骨和软骨下组织具有不同的组分和生物学特性，因此，现有技术很难设计和制造能够同时支持这两种组织再生的支架材料。然而，Chengtie Wu和来自上海陶瓷研究院、中国科学院和南京医科大学南京医院的同事们，已经开发出一种纯相的锂硅酸钙（简称Li2Ca4Si4O13或L2C4S4），这可能是一种很有前途的生物材料。可以用于软骨-软骨下组织界面的损伤修复。

研究人员在新材料中加入了一些已知的生物活性成分。Si在原生骨形成的初始矿化阶段起着重要作用，硅酸盐生物材料刺激干细胞的增殖和骨相关基因表达，从而增强成骨和骨组织再生。LiCl盐刺激软骨下骨组织形成，似乎还可以防止软骨退化。最近的研究表明，LI还可以刺激软骨细胞的增殖。

“几种重要营养元素的组合方式可能对这两种组织有着重要影响，” Wu解释说。

这个研究小组设计了一种简单的湿化学溶胶-凝胶法，用这种来生产生物陶瓷L2C4S4的高质量粉末，然后将其掺入油墨中进行3D打印。这使得对支架的孔隙率和孔径有了高度控制，研究人员制备的孔隙从170微米到400微米不等。不仅得到的支架比其他3D印刷生物陶瓷支架强2-3倍，而且力学性能与天然骨相当。

“l2c4s4支架明显加速软骨再生，以及促进了软骨下骨组织的重建，” Wu指出。

制备的支架坚固稳定，足以为初始骨组织提供良好的支撑，而孔隙为细胞迁移或运输提供了一条简单的路径，并为骨向内生长提供了充足的空间。L2C4S4支架在体内表现出明显的磷灰石矿化和软骨下骨的再生长，但一旦它们完成了它们的使命，它们还可以自行降解，因为这是一种生物降解材料。

Wu认为，双活性生物陶瓷L2C4S4支架为软骨损伤的再生提供了灵巧的解决方案。

文章来自materialstoday网站，原文题目为3D-printed scaffolds support cartilage and bone growth，由材料科技在线汇总整理。