上海九院：熔融沉積技術增量制造不同空隙率聚醚醚酮材料的骨相容性試驗研究

來源：《組織工程與重建外科雜志》

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

【摘要】目的 研究熔融沉積技術3D打印不同孔隙率聚醚醚酮材料對成骨細胞成骨活性的影響。方法 熔融沉積技術打印不同孔隙率的PEEK材料；不同孔隙率PEEK材料與MT3C3-E1細胞合流培養(yǎng)，成骨的不同時期進行不同骨生成標記物檢測對比成骨細胞活性；倒置顯微鏡下隨訪記錄成骨細胞的粘附形態(tài)。結果 經(jīng)過28天體外不同孔隙率聚醚醚酮材料與MC3T3-E1細胞成骨誘導培養(yǎng)，均能說明經(jīng)3D打印增加聚醚醚酮孔隙率能有效增加成骨細胞的活性。

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

顱面骨組織缺損的修補與形態(tài)重建是顱頜面外科與神經(jīng)外科一項頗具挑戰(zhàn)性的難題，現(xiàn)階段臨床上常使用鈦網(wǎng)進行修補，但長期臨床隨訪發(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，鈦網(wǎng)與組織間產(chǎn)生較高的剪切力和影像學下產(chǎn)生金屬偽影等問題均是鈦金屬移植物的缺點。在過去幾十年中，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械性能，具有降低應力屏蔽和骨丟失的潛力，有助于改善患者的預后。PEEK材料作為目前較常使用的工程聚合物材料，其相對于鈦合金而言具有過敏性低、沒有離子泄露、影像學透視、可行三維定制打印等優(yōu)點，然而PEEK材料同時也有脆性較低等缺點，但由于顱面部移植物對材料脆性要求不高，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導致纖維包裹、阻礙骨附著，在人體內(nèi)骨整合性能及骨誘導能力存在重大缺陷，為提高它的組織相容性，在已知文獻中，可以透過不同的處理方法，如表面涂層、化學物質混合、經(jīng)化學處理等方式豐富PEEK表微結構，經(jīng)過處理后的PEEK雖然均能證實其組織相容性的提高[,[ii],[iii]]，但往往會出現(xiàn)其它潛在問題，如經(jīng)過磺化處理的PEEK留有腐蝕性、表面孔徑大小不一，HA-PEEK放置體內(nèi)一段時間后發(fā)現(xiàn)涂層剝落等。這些必須經(jīng)過化學處理的方法還會導致最終臨床使用上時審批困難。

熔融沉積技術（FDM）是將加工成絲狀的熱熔性材料（PEEK、PLA、蠟等），經(jīng)過送絲機構送進熱熔噴嘴，在噴嘴內(nèi)絲狀材料被加熱熔融，同時噴頭沿零件層片輪廓和填充軌跡運動，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)過層層堆積最終形成產(chǎn)品模型的打印技術。本文通過不進行其他化學處理應的方法，僅用FDM技術3D打印直接對材料表面進行微孔化處理，避免了經(jīng)化學處理后的不良效果，旨在檢測通過直接打印出來的不同孔隙率的材料對體外成骨細胞增殖能力的影響，從而為PEEK材料3D打印增材制造方法在臨床上的進一步應用研究提供基礎依據(jù)。
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