从锌支架到复合血管支架，精准医疗的新选择——3D打印生物支架

在生物医学领域，3D打印技术更是为医疗创新带来了新的机遇。近年来，3D打印生物支架的研究取得了显著进展，为治疗各种疾病提供了创新的解决方案。这些生物支架通过精确的设计和定制，能够更好地适应患者的个体需求，提高治疗效果。                

骨骼缺陷可能源于先天性因素或外伤，依照病因的差异需施行各不相同的治疗方案。来自中国北京航空航天大学、仁济医院、上海交通大学、清华大学以及北京大学的专家正在研发一种用于治疗大面积骨骼缺陷的3D打印锌支架。此项目获得了中国铂力特所提供的3D打印设备与技术支持。  

这些3D打印的多孔锌结构为通过骨再生来修复骨缺损提供了一种创新性的途径。然而，迄今为止，一个主要的难题在于锌结构的快速降解，此情况引发了毒性问题。因此，合金的成分、支架的表面构造以及孔的几何形态现今均已实现优化。

*3D打印锌支架在大鼠股骨内的降解情况，分别在3天后和3个月后拍摄

在过去的三年里，研究人员致力于研发新型的可生物降解锌合金（Zn-Li），其能够用于3D打印此类支架。Zn-Li合金（按重量计算含0.8%锂）具备机械性能，并且在强度、塑性以及耐腐蚀性能之间达成了良好的平衡。这些支架通过铂力特的粉末床激光熔化工艺（L-PBF）的增材制造技术制造而成，该技术能够达成精确的设计和复杂的结构。  

在3D打印完成后，针对样品进行超声处理、酸蚀以及电化学抛光等一系列的表面处理，旨在优化表面粗糙度，并增进细胞相互作用。这些处理促使表面形成了具有针对性的微图案化，增强了细胞黏附和细胞铺展的能力，这对于骨再生而言极为关键。  

*3D打印可生物降解多孔锌基支架的设计

这种独特的表面结构能够促进与巨噬细胞（即白细胞）的相互作用，能改善免疫反应，即免疫系统针对潜在有害微生物所产生的反应，最终有益于骨再生。此外，3D打印的锌支架在体内呈现出受控制的降解，这与骨再生有关。这种特性对于营造植入物再生和整合的理想环境具有至关重要的意义。  

*经过超声处理、酸蚀以及电化学抛光之后，Zn - 0.8Li 支架的表面形态与性能

因创伤和疾病导致的颌面骨缺损会引发诸多问题，糖尿病相关颌面骨缺损的患病率不断上升，再生难度大。为此，来自华中科技大学同济医学院口腔医学院/华中科技大学同济医学院附属协和医院口腔科等团队提出增材制造可降解的Zn - Mg - Cu梯度支架的策略。

*用于材料结构驱动的糖尿病颌面骨再生的Zn-Mg-Cu梯度支架

团队利用激光增材制造技术制成该支架，具有良好的可打印性、微观结构和力学行为。梯度螺旋支架由锌合金粉末制备，有双曲面和梯度拓扑结构。微观分析显示，合金中存在多种强化机制。在降解和电化学行为方面，降解28天后，Zn - Mg - Cu支架表面降解产物更均匀。仿生磷酸钙化合物可促进血管生成和骨形成。CFD模拟表明，支架结构为细胞提供合适环境。锌合金腐蚀电位负移，锌-镁合金腐蚀趋势增加。  

最后，体内植入实验表明，Zn - Mg - Cu支架能促进糖尿病兔下颌骨缺损模型中新骨生长和形成，植入后4周和12周，支架未断裂，机械完整性良好。

上海交通大学等团队研究基于表面改性的3D打印多孔生物活性玻璃(BG) /氧化石墨烯（GO）支架对巨噬细胞活化和骨再生的影响。该团队利用摩方精密microArch®S240（精度：10μm）3D打印设备，成功打印了生物支架。

其打印结构为多孔圆柱，整体尺寸12.5*2mm³，烧结前孔径500μm、烧结后(孔径300-350μm，杆径约200-250μm)，孔隙率80%。该研究成功实现了骨再生，有望用于临床骨缺损的治疗中。

此外，来自香港城市大学等团队也采用了摩方精密nanoArch®S140（精度：10μm），利用PμSL技术打印镂空支架结构结合磁控溅射镀金，制备具有良好的细胞兼容性和高径向强度的复合血管支架。这项工作为解决薄壁厚度和高径向强度无法同时实现的困境提供了一种潜在的解决方案，并激发了更多基于新型3D打印力学超材料医疗设备应用的灵感。

总之，这些案例彰显了3D打印技术在生物支架研发中的显著潜力。未来，技术的持续进步将为3D打印生物支架带来更多可能。例如，在材料方面，有望开发出更多具有优异生物相容性和降解性能的材料，以满足不同组织再生的需求；在打印精度上，会不断提高，使得支架的结构更加精细，与人体组织的匹配度更高；同时，数字化设计和模拟技术的发展，将能更准确地预测支架在体内的性能和效果，为临床应用提供更可靠的依据。  

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时间与地点

3月17日 09:00 - 17:30   

3月18日 09:00 - 17:30   

3月19日 09:00 - 15:00  

国家会展中心（上海）7.1&8.1馆     

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