3D打印制作多孔鈦種植體的研究進(jìn)展

毛夢(mèng)蕓

浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬口腔醫(yī)院 浙江杭州 310000

鈦及鈦合金具有良好的機(jī)械性能和生物相容性，一直作為口腔種植體及骨科替代材料的首選。近年來學(xué)者對(duì)于鈦及鈦合金多孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行廣泛研究，旨在獲得體內(nèi)形成快速穩(wěn)定骨結(jié)合的替代材料。多孔鈦機(jī)械性能更接近骨組織，內(nèi)部貫通的孔隙結(jié)構(gòu)為新骨長(zhǎng)入提供空間，形成機(jī)械嵌合，有效提高結(jié)合強(qiáng)度，且大孔隙利于血管化和代謝物質(zhì)運(yùn)輸[1]。3D 打印技術(shù)可獲得形狀復(fù)雜、高精度的功能件，可用于多孔鈦的制作。

1 種植體設(shè)計(jì)

人體骨松質(zhì)是由大量針狀或片狀骨小梁相互連接而成的多孔隙網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，因此具有網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的種植體更符合生物學(xué)要求，為成骨細(xì)胞附著，增殖并最終形成良好的骨結(jié)合提供基礎(chǔ)。

Hollanderd，D.A 等[2]將人成骨細(xì)胞接種于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)表面，14 天后觀察到成骨細(xì)胞生長(zhǎng)良好，孔徑500μm組中，孔表面已充滿細(xì)胞，并向結(jié)構(gòu)內(nèi)部生長(zhǎng)，提示網(wǎng)架結(jié)構(gòu)有利于骨結(jié)合形成。

在多孔表面，骨組織可向孔突內(nèi)生長(zhǎng)，增強(qiáng)種植體與骨的結(jié)合并誘導(dǎo)骨生長(zhǎng)，為即刻種植奠定基礎(chǔ)。A.Fukuda 等[3]制作內(nèi)部有縱向貫通四方形管道的多孔種植體，表面進(jìn)行化學(xué)和熱處理，促使產(chǎn)生生物活性，將其植入成年比格犬的背部，16 周后取出種植體，掃描電子顯微鏡觀察到直徑500 和600μm 的孔隙中有明顯的誘導(dǎo)成骨；植入后26 周、52 周取出種植體，顯示直徑500μm孔隙具有更杰出的骨誘導(dǎo)性。

Hideshi Miura 等[4]制作蜂窩狀多孔結(jié)構(gòu)的Ti-6Al-7Nb 標(biāo)準(zhǔn)件，表面接種MC3T3-E1 細(xì)胞系，結(jié)果顯示在孔徑為300μm 的表面成骨細(xì)胞增殖水平最高，這一數(shù)值也符合松質(zhì)骨微觀結(jié)構(gòu)的孔徑大小。

模仿骨小梁形態(tài)的多孔結(jié)構(gòu)，采用金屬3D 打印技術(shù)制作的種植體多具有均勻的孔隙和結(jié)構(gòu)，而在人體骨小梁中不存在相同的孔隙形狀或者大小，提示生物模板相比于人造結(jié)構(gòu)模板對(duì)骨結(jié)合可能更為有利。

2 表面處理

種植的成敗取決于其是否達(dá)到良好的骨結(jié)合，在此過程中，成骨細(xì)胞是最主要的組織形成細(xì)胞，它在種植體表面黏附，繼而增殖、分化，是達(dá)到骨結(jié)合的前提。目前，已采用多種表面處理方法來提高種植體骨結(jié)合效果，包括機(jī)械處理法、化學(xué)處理法、生物處理法等。

3 體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)

Hollanderd，D.A 等[2]將人成骨細(xì)胞接種于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)表面成骨，細(xì)胞(MG63)表現(xiàn)出高活性，細(xì)胞增殖水平和堿性磷酸酶含量隨著孔隙率的增大而減少；后期分化標(biāo)記物，如骨鈣素、骨保護(hù)素、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子和骨形態(tài)發(fā)生蛋白2 和4 隨著孔隙率的增大而增多。骨保護(hù)素增加可以抑制破骨細(xì)胞分化，是一種促骨生長(zhǎng)的保護(hù)機(jī)制，并且調(diào)節(jié)成骨-破骨活動(dòng)。Deepak K.Pattanayak[6]等將仿骨小梁形態(tài)的多孔鈦植入日本白兔的股骨，12 周后顯示有新骨滲透到孔隙中且緊密結(jié)合在孔壁上。這些結(jié)果表明，3D 打印制造的仿骨小梁結(jié)構(gòu)的多孔模型可促進(jìn)成骨細(xì)胞反應(yīng)，誘導(dǎo)新骨形成，從而增強(qiáng)體內(nèi)骨結(jié)合。

4 展望

綜上所述，已有多種處理種植體表面的方法實(shí)驗(yàn)證明能夠提高骨結(jié)合，3D 打印技術(shù)引入口腔種植學(xué)為種植體的性能改良提供更為廣闊的發(fā)展空間，如何將種植體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，表面處理，螺紋形態(tài)等多方面因素有機(jī)結(jié)合，創(chuàng)造出機(jī)械性能、生物學(xué)性能最優(yōu)、最有利于患者缺失牙修復(fù)的種植體設(shè)計(jì)成為學(xué)者們進(jìn)一步的研究。