中国国际医疗器械设计与制造技术展览会(Medtec China)2018

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2019年 9月25日-27日 | 上海世博展览馆

改变游戏规则,美西北大学3D打印可降解陶瓷植入物植入人体

2018-07-09

无论是不降解的陶瓷材料还是可降解的陶瓷材料,它们都以各自的优势在植入物领域发挥越来越积极的作用。而无疑医疗植入物的市场需求将进一步推动陶瓷3D打印市场增长,在3D科学谷看来随着陶瓷3D打印技术的提升,这一应用或在植入物领域颇具颠覆潜力。



视频:美国西北大学3D打印可降解生物陶瓷植入物


失而复得的骨头

在材料技术的驱动下,生物墨水的种类不局限于含有细胞的水凝胶,还可以是含有陶瓷、金属、石墨烯等材料的墨水。有了这些材料,生物3D打印机的应用范围被拓展至工程、电子等领域。美国西北大学材料科学和工程系的Shah的实验室正是通过这些多样化的生物墨水,将生物3D打印机”玩“出了新花样。

 



负责人 Ramille Shah 教授的专业方向是材料科学与工程,Shah的实验室最初开发的颗粒悬浮状油墨是在聚合物溶剂中混入功能性的羟基磷灰石,该成分是骨骼中重要的矿物成分。使用这种油墨可打印出骨骼修复支架,在经过清洗、消毒之后可直接进行手术植入,在植入体内后体内的骨细胞会逐渐在支架中生长,逐渐形成新的骨骼组织,聚合物材料将在体内被降解吸收,而在3D打印聚合物支架上生长出来的骨头将与周边组织融为一体。

 

Shah的实验室研究团队发现,他们研发的油墨材料载荷水平高,通过调整颗粒的比例,可以改变幽默中的颗粒密度和孔隙率,当羟基磷灰石颗粒带到高密度时将为骨细胞提供一个适合成长的环境,以便于逐渐形成新的骨组织。另一方面,材料的孔隙让体内的骨组织和血管在支架植入物上生长。


 商业化进行时

 

在商业转化方面,欧洲的RESTORATION研究项目和他们的合作伙伴 JRI骨科(Orthopaedics)开发出了新的可吸收生物陶瓷材料,可用于三种不同的应用:下颌骨、脊椎和膝盖,这些产品可以应用在局部的关节缺陷区域,并且通过微创手术减轻患者的痛苦。JRI骨科是一家英国整形外科植入物和外科手术仪器的制造商,基于项目的研究结果,JRI骨科会做进一步的研发,创造出一些自己的产品,比如可以用做骨填充的生物陶瓷,和3D打印用于治疗骨骼软骨缺损的插头等。RESTORATION项目开发的生物陶瓷还用于锥体修复和颌面骨折修复方面。而根据3D科学谷的市场观察,爱康医疗于2018年4月宣布拟向Orthopaedic Research UK收购目标公司英国骨科领导品牌JRI Orthopaedics Limited全部已发行股本,代价约1.84亿(约1673万英镑)港元。

 

可以说爱康通过对于JRI的收购,不仅进一步升级爱康医疗高端市场的产品组合,帮助爱康进军国际市场,还进一步布局了JRI可吸收生物陶瓷材料的技术。

 

全球多家研究院所及骨科医疗器械制造企业都有通过3D打印支架进行骨再生的研究成果,其中起到关键作用的是生物相容性材料以及3D打印支架的设计方式。


可降解陶瓷进行时

 

其中,植入物研发企业Nanochon 通过一款新材料和3D打印技术来开发软骨修复支架,目标是替代损失和损坏的膝关节软骨,并促进新的软骨组织再生,用于修复18至55岁之间的成年人所不能自愈的晚期关节损伤。一方面在植入体内后促进软骨组织和血管的生长,起到组织修复的作用;另一方面可以像传统关节植入物一样承受负载,在修复期间替代患者本身的软骨,使患者能够短时间内恢复运动能力。随着时间的推移,损伤的关节组织会长入3D打印植入物,植入物材料溶解,最终留下完全愈合的关节组织。Nanochon 计划在2019年开展临床试验,如这项技术临床试验成功,并通过FDA 审批,将为膝关节表面的关键尺寸软骨损伤修复,治疗治疗运动损伤、早发性骨关节炎和其他形式的全层软骨损失类疾病提供一种新的治疗方案。

 

根据3D科学谷市场研究,我国在骨再生3D打印支架研究方面也颇有建树,并且已在3D打印支架用于大块骨缺损这一世界性难题方面取得了进展。

 

中国科学院上海硅酸盐研究所研究员吴成铁与常江带领的研究团队,在3D打印复杂结构生物陶瓷用于血管化大块骨缺损修复方面取得了进展。研究团队设计3D打印骨缺损修复支架时采用仿生莲藕结构,体内动物实验表明,该仿生莲藕生物支架提高了骨组织再生能力和成血管化效应,有利于骨缺损的修复。与传统的3D生物活性支架相比,该3D打印仿生莲藕生物支架更有利于营养物质向支架内部的传输,引导细胞和组织向内长入,从而促进前期的成血管以及后期的成骨,提高了骨缺损的修复性能。

 

2018年2月,西京医院骨科开展了3D打印支架长段骨缺损修复的临床试验。3D打印支架由西安点云生物科技有限公司采用无丝3D打印技术为患者量身定制,材料为生物相容性的陶瓷复合材料,能够在诱导患者自身新骨生成的同时逐渐降解,最终被患者的新生骨组织完全替代,无需二次手术取出,降低植入物在体内长期存在的潜在风险。

来源:网络