芬兰坦佩雷大学的研究人员开发出一种开创性的3D打印陶瓷植入材料,其特性与真实人体骨骼高度相似。这一成果推动了个性化骨再生的进展,并可能为骨缺损带来更有效、更易获得的治疗方法。
这篇题为《通过陶瓷光固化3D打印制备的仿生骨磷酸钙支架:孔隙率、烧结温度、矿物相及微量元素对成骨潜力的影响》的研究文章已发表在《Materials Today Bio》期刊上。
骨移植是全球第二常见的组织移植手术,每年进行超过200万例。目前的治疗方法通常依赖取自患者自身或供体的骨骼,这些方法在可用性上存在限制,且可能涉及额外手术、漫长的恢复时间及并发症。随着人口老龄化,对更安全、更有效替代方案的需求正快速增长。
这项研究的负责人是坦佩雷高等研究所的博士后研究员安东尼娅·雷斯勒,她带领团队成功利用羟基磷灰石——就是天然骨骼矿物结构的成分——制造出仿生骨支架,帮助人体自行再生组织。
雷斯勒表示:“用大自然同款材料,再用陶瓷3D打印塑形,植入物就能精确贴合每位患者的具体骨缺损情况,不用依赖药物或生长因子,也就避免了可能的副作用。”
这项新技术是AffordBoneS项目整整四年深入研究的结果。目前正在进行的GlassBoneS项目,打算接着把这个技术做得更成熟。
研究团队的目标是为骨增量手术提供经济实惠的支架,让更多患者有机会接受这类治疗,并改善他们的生活质量。
个性化设计的骨移植物十年内就能用上
研究人员采用一种名为陶瓷3D打印的先进制造技术,能够精确控制支架的内部结构,包括孔隙的大小和连通性——这些孔隙能让细胞生长,并让营养物质在材料中流动。
该团队确定了一种最优的仿骨结构:植入物具有精心设计的内部孔隙,孔径约为400微米,孔隙率约为45%。
“这种架构在强度和生物性能之间取得了关键平衡,让骨形成细胞能进入材料,彼此互动,顺利开始生成新骨组织,”雷斯勒说。
团队还发现,材料化学性质和表面特性的微小变化可以影响细胞行为。
“我们发现,加工过程中所需的高温会改变材料表面,让人类细胞更难附着。我们的发现表明,生物材料的组成和表面特性对成功再生骨组织都很关键,”她说。
作为全球首批系统设计、3D打印并评估仿骨陶瓷支架的研究之一,Ressler及其合作者的这项工作为未来个性化医疗的临床应用奠定了坚实基础。
“这项技术使植入体能够根据个人需求进行设计——不再是‘一刀切’的解决方案。我们相信,这类植入体有望在未来十年内用于常规骨再生治疗,”Ressler补充道。
更多信息: Antonia Ressler等人,基于陶瓷光固化立体成型制备的仿生骨磷酸钙支架:孔隙率、烧结温度、矿物相和微量元素对成骨潜力的影响,Materials Today Bio(2026)。DOI: 10.1016/j.mtbio.2026.103074
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