中科院科學(xué)家生物3D打印陶瓷支架可用于骨腫瘤治療

目前骨腫瘤較常用的臨床治療方法有手術(shù)治療、放射治療和化學(xué)治療。傳統(tǒng)的放療與化療都具有較大的副作用，手術(shù)治療通常會有骨腫瘤細(xì)胞殘余且造成大塊的骨缺損。如何制備出兼具治療骨腫瘤和修復(fù)骨缺損的生物材料是一項很大的挑戰(zhàn)。

近日，中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所研究員吳成鐵與常江帶領(lǐng)的研究小組首次提出將骨組織工程與光熱治療相結(jié)合的思想，在制備用于治療與修復(fù)骨腫瘤缺損的光熱功能化的生物活性陶瓷支架的研究中取得了新進(jìn)展。據(jù)中國3D打印專業(yè)媒體平臺南極熊了解，該研究通過3D打印技術(shù)制備出了一種生物陶瓷與氧化石墨烯的復(fù)合支架(見圖1)。這種直接在超低功率近紅外光下可迅速升溫，而且光熱性能可控。

圖1. 3D打印純生物陶瓷支架（左）與生物活性陶瓷/氧化石墨烯復(fù)合支架（右）

在體外骨腫瘤細(xì)胞殺傷率達(dá)到90%（見圖2）。在小鼠體內(nèi)植入該功能化的支架并進(jìn)行光照后，有效地抑制了裸鼠皮下腫瘤生長，而對照組腫瘤體積隨天數(shù)持續(xù)增大(見圖3)。同時，該支架還能顯著促進(jìn)骨間充質(zhì)干細(xì)胞的增殖與成骨分化，并誘導(dǎo)體內(nèi)新生骨組織的長入，從而賦予了3D打印生物陶瓷支架抗腫瘤和骨修復(fù)的雙功能性，在骨腫瘤的治療與修復(fù)中具有潛在的應(yīng)用。

圖2. 3D打印生物陶瓷/石墨烯復(fù)合支架在近紅外光誘導(dǎo)的光熱效應(yīng)有效地殺死腫瘤細(xì)胞（b, c, d, e, f, and m），如果在沒有近紅外光照射以及純的生物陶瓷支架上，腫瘤細(xì)胞生長完好(a, f, g, h, j, k, l, n, o and p)。

圖3. 裸鼠近紅外光照時的光熱成像圖(a)和溫度變化曲線(b)。腫瘤活體熒光成像(c)，腫瘤體積變化曲線(d)，裸鼠治療前后照片對比圖(e)

目前該研究成果被Advanced Functional Materials 接收（該論文第一作者為在讀博士生馬紅石）。審稿人高度評價了該項研究：“這是一項設(shè)計很好的研究，具有明顯的創(chuàng)新性，解決了傳統(tǒng)生物支架不能兼具腫瘤治療與骨修復(fù)的問題。”目前，該成果已經(jīng)申請了專利一項。

另外，該研究小組通過三年的探索，成功解決了傳統(tǒng)3D打印生物陶瓷支架大孔尺度與大孔結(jié)構(gòu)可控性不高的問題。近期，該小組還采用3D打印方法成功制備出具有多級尺度、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的生物陶瓷支架，包括生物陶瓷空心管狀堆積的多孔支架（見圖4）以及大孔-介孔組合的多孔支架（見圖5），這些新型的支架材料更好地模擬了人體組織復(fù)雜結(jié)構(gòu)，其成骨、成血管化性能顯著提高。

圖4. 3D打印具有中空管狀結(jié)構(gòu)生物陶瓷支架用于大塊骨組織缺損的修復(fù)與再生，中空管狀形貌與尺度可以得到很好的控制

圖5. 3D打印具有編制大孔結(jié)構(gòu)（a, b）以及有序介孔結(jié)構(gòu)(c) 的多級孔結(jié)構(gòu)的生物陶瓷支架，該支架具有優(yōu)越的成骨活性

相關(guān)結(jié)果于最近分別發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces, Nanoscale 和Acta Biomaterialia 等期刊上。(Nanoscale. 2015; 7(45): 19207-21，ACS Applied Materials & Interfaces. 2015; 7:6541-6549. Acta Biomaterialia. 2014; 10(1): 463-476)。



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《匹茲堡大學(xué)開發(fā)出3D打印金屬骨支架技術(shù)》
《氣道支架：3D打印在醫(yī)療領(lǐng)域的潛在應(yīng)用》
《前沿科技：3D打印支架可準(zhǔn)確釋放生物分子從而促進(jìn)人體組織再生》

via 中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所