马立敏，广东省人民医院医学研究部助理研究员，博士，毕业于华南理工大学生物医学工程专业，主要从事3D打印、生物医用材料及运动医学方面研究，近年来主持国家自然科学基金青年项目、广东省科技计划、广东省自然科学基金、广州市科技计划民生科技重大专项、广东省人民医院“双青人才”计划等项目6项，以第六完成人获得广东省科学技术二等奖1项，参编专著2部，授权专利6项，以第一作者或者通讯作者发表论文SCI论文13篇，其中科院一区及以上4篇。

 

 

王晓岚，广东省人民医院医学研究部助理研究员，毕业于华南理工大学生物医学工程专业，主要从事生物医用材料制备及其抗菌、成骨、抗肿瘤方面研究，主持广东省医学科研基金1项，参与国家、省部级项目6项，以第一作者或共同第一作者发表SCI论文7篇，参与专利2项。

 

 

 

1. 引言

创伤、感染或骨肿瘤切除后引起的不规则大段骨缺损困扰着临床医生，针对大段骨缺损的修复与重建仍是世界难题。金属钛及其合金因其合适的机械性能、良好的生物相容性和耐腐蚀性能而广泛用于临床骨科，但是其存在力学不适配，生物活性不足等问题。矿化胶原具有良好的生物活性，是一种常用的骨填充材料。然而，其力学性能差，无法满足大段骨缺损需求。因此，本研究拟通过3D打印多孔钛合金支架负载矿化胶原复合体，实现生物适配性，进而提高植入体的成骨、成血管及骨整合性能。

2. 结果展示 

      1）为了研究多孔钛合金负载矿化胶原支架的生物相容性，作者对不同质量比的矿化胶原（Mineralized Collagen, MC）负载多孔钛合金（Porous titanium alloys，PT）支架进行了细胞黏附和细胞增值实验，其中胶原/HA比例为3:7的是MC/PT1、胶原/HA比例为5:5的是MC/PT2，胶原/HA比例为7:3的是MC/PT3，结果显示MC/PT2组和MC/PT3组材料细胞的粘附和增殖效果较PT组和MC/PT1组好，具有良好的生物相容性，无细胞毒性。

        2）为了探究不同质量比的矿化胶原负载多孔钛合金支架（MC/PT1、MC/PT2、MC/PT3）的体外成骨和成血管化性能，作者进行了碱性磷酸酶和茜素红定量检测，结果发现MC/PT2的成骨性能最好，作者同时利用实时定量PCR检测不同组别材料与BMSCs共培养后对成骨相关基因（包括Runx2, ALP, OCN, OPN和COL-I）以及成血管相关基因（包括VEGF, HIF α和KDR）的影响。结果进一步验证了MC/PT2组最有利于BMSCs的成骨分化和血管化。

        3）进一步，作者通过动物实验验证植入材料体内的成骨、成血管性能，首先将PT组及MC/PT2组植入大段骨缺损兔子桡骨中段部位，Micro-CT结果显示MC/PT2较PT支架有更多的新骨形成，具有更好的骨修复能力，同时CD31免疫荧光染色结果显示仿生矿化胶原复合体促进MC/PT2组支架中的血管的形成。

        4）之后，作者对植入材料进行了HE和Masson硬组织病理切片染色，结果显示，随着植入时间延长，MC/PT2实验组的骨长入及血管生成效果明显优于PT对照组。

3. 研究思路

4. 总结

  本文创造性地构建出3D打印多孔钛合金植入体负载仿生矿化胶原材料，通过其多孔结构和矿化胶原的活性来提升其成骨、成血管和骨整合能力，以适应个性化大段骨缺损修复的需求。具体来说，即通过仿生矿化技术，将矿化胶原引入到3D打印多孔钛合金支架的表面及内部。研究表明矿化胶原能够显著促进3D打印多孔钛合金支架的成骨分化，血管化和骨整合能力。因此，3D打印和仿生矿化胶原的有机结合为精准医疗提供了一个有效的策略，并通过开发新一代个体化患者的定制植入物从而实现大段骨缺损的有效修复。

原文链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/30507136/  （ACS Appl Mater Interfaces. IF=8.758）

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本文转自：GD省医公共实验室公众号

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