3D打印制作多孔鈦種植體的研究進展

毛夢蕓

浙江大學醫(yī)學院附屬口腔醫(yī)院 浙江杭州 310000

鈦及鈦合金具有良好的機械性能和生物相容性，一直作為口腔種植體及骨科替代材料的首選。近年來學者對于鈦及鈦合金多孔結構進行廣泛研究，旨在獲得體內(nèi)形成快速穩(wěn)定骨結合的替代材料。多孔鈦機械性能更接近骨組織，內(nèi)部貫通的孔隙結構為新骨長入提供空間，形成機械嵌合，有效提高結合強度，且大孔隙利于血管化和代謝物質(zhì)運輸[1]。3D 打印技術可獲得形狀復雜、高精度的功能件，可用于多孔鈦的制作。

1 種植體設計

人體骨松質(zhì)是由大量針狀或片狀骨小梁相互連接而成的多孔隙網(wǎng)架結構，因此具有網(wǎng)架結構的種植體更符合生物學要求，為成骨細胞附著，增殖并最終形成良好的骨結合提供基礎。

Hollanderd，D.A 等[2]將人成骨細胞接種于網(wǎng)架結構表面，14 天后觀察到成骨細胞生長良好，孔徑500μm組中，孔表面已充滿細胞，并向結構內(nèi)部生長，提示網(wǎng)架結構有利于骨結合形成。

在多孔表面，骨組織可向孔突內(nèi)生長，增強種植體與骨的結合并誘導骨生長，為即刻種植奠定基礎。A.Fukuda 等[3]制作內(nèi)部有縱向貫通四方形管道的多孔種植體，表面進行化學和熱處理，促使產(chǎn)生生物活性，將其植入成年比格犬的背部，16 周后取出種植體，掃描電子顯微鏡觀察到直徑500 和600μm 的孔隙中有明顯的誘導成骨；植入后26 周、52 周取出種植體，顯示直徑500μm孔隙具有更杰出的骨誘導性。

Hideshi Miura 等[4]制作蜂窩狀多孔結構的Ti-6Al-7Nb 標準件，表面接種MC3T3-E1 細胞系，結果顯示在孔徑為300μm 的表面成骨細胞增殖水平最高，這一數(shù)值也符合松質(zhì)骨微觀結構的孔徑大小。

模仿骨小梁形態(tài)的多孔結構，采用金屬3D 打印技術制作的種植體多具有均勻的孔隙和結構，而在人體骨小梁中不存在相同的孔隙形狀或者大小，提示生物模板相比于人造結構模板對骨結合可能更為有利。

2 表面處理

種植的成敗取決于其是否達到良好的骨結合，在此過程中，成骨細胞是最主要的組織形成細胞，它在種植體表面黏附，繼而增殖、分化，是達到骨結合的前提。目前，已采用多種表面處理方法來提高種植體骨結合效果，包括機械處理法、化學處理法、生物處理法等。

3 體內(nèi)外實驗

Hollanderd，D.A 等[2]將人成骨細胞接種于網(wǎng)架結構表面成骨，細胞(MG63)表現(xiàn)出高活性，細胞增殖水平和堿性磷酸酶含量隨著孔隙率的增大而減少；后期分化標記物，如骨鈣素、骨保護素、血管內(nèi)皮生長因子和骨形態(tài)發(fā)生蛋白2 和4 隨著孔隙率的增大而增多。骨保護素增加可以抑制破骨細胞分化，是一種促骨生長的保護機制，并且調(diào)節(jié)成骨-破骨活動。Deepak K.Pattanayak[6]等將仿骨小梁形態(tài)的多孔鈦植入日本白兔的股骨，12 周后顯示有新骨滲透到孔隙中且緊密結合在孔壁上。這些結果表明，3D 打印制造的仿骨小梁結構的多孔模型可促進成骨細胞反應，誘導新骨形成，從而增強體內(nèi)骨結合。

4 展望

綜上所述，已有多種處理種植體表面的方法實驗證明能夠提高骨結合，3D 打印技術引入口腔種植學為種植體的性能改良提供更為廣闊的發(fā)展空間，如何將種植體內(nèi)部結構，表面處理，螺紋形態(tài)等多方面因素有機結合，創(chuàng)造出機械性能、生物學性能最優(yōu)、最有利于患者缺失牙修復的種植體設計成為學者們進一步的研究。