3D打印+仿生，让人造骨在生物体内“活”起来

骨缺损是骨科临床最常见的疾病之一。在我国，每分钟都有7人因交通事故而严重残疾，每年有1000多万人患有骨缺损。骨缺损的修复和重建一直是国际临床难题。西北工业大学的王燕恩教授的团队最近在英国杂志《聚合物》上发表了一篇论文，称他们开发的3D打印活性仿生骨能够在生物体内“发育”，与天然骨的成分、结构和力学性能高度一致，达到了“真假混淆”的程度。《科技日报》的一名记者最近深入西北工业大学寻找答案。

核心技术在于“仿生”

“传统的金属和高分子材料具有无法控制的仿生结构，机械性能不匹配，生物相容性差，无发育功能，运动错位，磨损等术后并发症。特别是，没有生物活性的假体不能在人体内发展，也不能与天然骨很好地融合，需要二次手术修复。”当我见到记者时，王燕恩教授坦率地说。

王燕恩团队开发的3D打印仿生骨骼的核心技术是“仿生”。由于传统陶瓷骨和天然骨在各种性能上的巨大差异，在动物体内无法实现良好的发育。为了解决这个问题，王炎恩开始用印刷材料。羟基磷灰石是目前世界上普遍使用的一种类骨材料。然而，如何粘结粉末羟基磷灰石一直是一个难题。正是因为国外使用酸性粘合剂，给植入物带来了术后疼痛。粘合剂大多是粘性有机化合物，表面张力很大。如何让它们通过一个直径只有20微米的打印机喷嘴成为最大的问题，这个直径与发丝的直径相似。同时，这种粘合剂应该为动物甚至人类环境所接受。为了找到这种合适的粘合剂，王燕恩测试了数百种不同的方案，并用破损的喷嘴填充了几个大盒子。最后，他发现了一种与生物环境的酸碱度相近且性能良好的粘合剂，这种粘合剂不会堵塞喷嘴。

经过多年的探索，王燕恩和他的学生已经能够根据不同个体的骨骼特性，如羟基磷灰石、粘合剂、细胞液和蛋白液(生长因子)等，科学地匹配印刷材料，从而印刷出最适合植入个体的人工仿生骨。

自体细胞在人工骨中生长

天然骨不仅外观非常不规则，而且内部结构复杂，不同部位密度不同。让人们建造骨骼来模仿自然骨骼的结构是非常具有挑战性的。王燕恩发明了生物陶瓷仿生骨的3D打印技术，解决了“怎么玩”的问题。

在配料和撒粉的印刷过程中，传统的3D印刷材料单一、密度一致、粉末单一、撒粉均匀，难以满足仿生骨的印刷要求。王炎恩不仅开发了印刷控制系统，还攻克了印刷的关键机械技术。该套设备原有的常温压电超微雾化喷涂技术突破了细胞液、蛋白液喷涂速度和喷涂量难以精细控制的技术瓶颈，处于国际先进水平。

动物实验表明，仿生骨植入动物受体后能够很好地发育，即通过受体的代谢，自体细胞能够在人工骨中生长，最终完全长成自体骨。

在西北工业大学和中国人民解放军空军军医大学的联合动物实验中，没有发现排斥反应。

经测试，3D打印活性仿生骨在成分、结构、力学等性能上与天然骨高度一致。与其他类似的3D打印技术相比，具有明显的技术优势。

王燕恩透露:“接下来，我们将继续探索汗腺、毛囊、皮脂腺等真皮层结构的稳定打印技术，使其非常接近自然皮肤。”目前，在他们的三维打印兔子皮肤植入实验中，仿生皮肤比自体皮肤愈合时间少25%。在未来，这项技术可能会为治疗骨缺损、皮肤损伤等患者带来希望。