上海九院：熔融沉積技術(shù)增量制造不同空隙率聚醚醚酮材料的骨相容性試驗(yàn)研究

來(lái)源：《組織工程與重建外科雜志》

導(dǎo)讀：《組織工程與重建外科雜志》2020年2月第16卷第1期發(fā)表了上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院整復(fù)外科關(guān)于《熔融沉積技術(shù)增量制造不同空隙率聚醚醚酮材料的骨相容性試驗(yàn)研究》的文章，三的部落（上海）科技股份有限公司的對(duì)該研究工作提供了材料打印服務(wù)支持。

【摘要】目的 研究熔融沉積技術(shù)3D打印不同孔隙率聚醚醚酮材料對(duì)成骨細(xì)胞成骨活性的影響。方法 熔融沉積技術(shù)打印不同孔隙率的PEEK材料；不同孔隙率PEEK材料與MT3C3-E1細(xì)胞合流培養(yǎng)，成骨的不同時(shí)期進(jìn)行不同骨生成標(biāo)記物檢測(cè)對(duì)比成骨細(xì)胞活性；倒置顯微鏡下隨訪(fǎng)記錄成骨細(xì)胞的粘附形態(tài)。結(jié)果 經(jīng)過(guò)28天體外不同孔隙率聚醚醚酮材料與MC3T3-E1細(xì)胞成骨誘導(dǎo)培養(yǎng)，均能說(shuō)明經(jīng)3D打印增加聚醚醚酮孔隙率能有效增加成骨細(xì)胞的活性。

聚醚醚酮（Polyetheretherketone，PEEK）是一種半結(jié)晶化合物，通過(guò)雙酚類(lèi)化合物的逐步二烷基化反應(yīng)生成的一種生物材料。PEEK是一種高耐熱熱塑性材料，其抗拉強(qiáng)度及彈性模量幾乎是與人類(lèi)骨骼最接近的，令它成為優(yōu)良的骨植入物。

顱面骨組織缺損的修補(bǔ)與形態(tài)重建是顱頜面外科與神經(jīng)外科一項(xiàng)頗具挑戰(zhàn)性的難題，現(xiàn)階段臨床上常使用鈦網(wǎng)進(jìn)行修補(bǔ)，但長(zhǎng)期臨床隨訪(fǎng)發(fā)現(xiàn)，其具有鈦板顱骨外露、不明原因癲癇發(fā)生等并發(fā)癥的出現(xiàn)，與此同時(shí)，鈦網(wǎng)與組織間產(chǎn)生較高的剪切力和影像學(xué)下產(chǎn)生金屬偽影等問(wèn)題均是鈦金屬移植物的缺點(diǎn)。在過(guò)去幾十年中，一些工程聚合物材料已被證明能夠更好地匹配人體骨骼的機(jī)械性能，具有降低應(yīng)力屏蔽和骨丟失的潛力，有助于改善患者的預(yù)后。PEEK材料作為目前較常使用的工程聚合物材料，其相對(duì)于鈦合金而言具有過(guò)敏性低、沒(méi)有離子泄露、影像學(xué)透視、可行三維定制打印等優(yōu)點(diǎn)，然而PEEK材料同時(shí)也有脆性較低等缺點(diǎn)，但由于顱面部移植物對(duì)材料脆性要求不高，故此是高潛力顱面硬組織替代物。

PEEK植入物的惰性疏水表面會(huì)導(dǎo)致纖維包裹、阻礙骨附著，在人體內(nèi)骨整合性能及骨誘導(dǎo)能力存在重大缺陷，為提高它的組織相容性，在已知文獻(xiàn)中，可以透過(guò)不同的處理方法，如表面涂層、化學(xué)物質(zhì)混合、經(jīng)化學(xué)處理等方式豐富PEEK表微結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)處理后的PEEK雖然均能證實(shí)其組織相容性的提高[,[ii],[iii]]，但往往會(huì)出現(xiàn)其它潛在問(wèn)題，如經(jīng)過(guò)磺化處理的PEEK留有腐蝕性、表面孔徑大小不一，HA-PEEK放置體內(nèi)一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)涂層剝落等。這些必須經(jīng)過(guò)化學(xué)處理的方法還會(huì)導(dǎo)致最終臨床使用上時(shí)審批困難。

熔融沉積技術(shù)（FDM）是將加工成絲狀的熱熔性材料（PEEK、PLA、蠟等），經(jīng)過(guò)送絲機(jī)構(gòu)送進(jìn)熱熔噴嘴，在噴嘴內(nèi)絲狀材料被加熱熔融，同時(shí)噴頭沿零件層片輪廓和填充軌跡運(yùn)動(dòng)，并將熔融的材料擠出，使其沉積在指定的位置后凝固成型，經(jīng)過(guò)層層堆積最終形成產(chǎn)品模型的打印技術(shù)。本文通過(guò)不進(jìn)行其他化學(xué)處理應(yīng)的方法，僅用FDM技術(shù)3D打印直接對(duì)材料表面進(jìn)行微孔化處理，避免了經(jīng)化學(xué)處理后的不良效果，旨在檢測(cè)通過(guò)直接打印出來(lái)的不同孔隙率的材料對(duì)體外成骨細(xì)胞增殖能力的影響，從而為PEEK材料3D打印增材制造方法在臨床上的進(jìn)一步應(yīng)用研究提供基礎(chǔ)依據(jù)。
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