供稿人：宋發(fā)成、李滌塵 供稿單位：西安交通大學(xué)精密微納制造技術(shù)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 發(fā)布日期：2025-04-15
近年來脊椎退行性疾病(如椎間盤突出、脊柱管狹窄、椎體滑脫等)發(fā)病率快速上升，且患者年齡趨于年輕化。脊柱融合手術(shù)是治療這些疾病的"金標(biāo)準(zhǔn)"手術(shù)方式。手術(shù)通過在病變椎體間植入自體骨、異體骨或融合器，恢復(fù)椎間隙高度和生理曲度，將上下椎體融合為一個(gè)整體。目前臨床使用的融合器存在無骨生成活性、不可降解性、生物力學(xué)匹配性差等問題，需要開發(fā)新型融合器。
北京化工大學(xué)與中日友好醫(yī)院合作團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種新型的可降解脊柱融合器，采用聚己內(nèi)酯（PCL）和羥基磷灰石（HA）復(fù)合材料，旨在解決傳統(tǒng)脊柱融合器在臨床應(yīng)用中存在的生物相容性差、不可降解等問題。該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種新型的雙向可變的中觀結(jié)構(gòu)，以PCL作為基材，并添加25 wt%的HA作為功能填料，通過聚合物熔融差分3D打印技術(shù)制造（圖1、圖2）。
圖1 多孔脊柱融合器3D打印示意圖。(A) 熔融差分3D打印系統(tǒng)。(B) 具有不同結(jié)構(gòu)特征的多孔融合器方案：A列和B列分別為60%和40%的填充率，I、II和III行分別為1層、2層和4層交叉層
圖2 不(A-F) 具有不同結(jié)構(gòu)特征的3D打印融合器，(G-L) 3D打印融合器的俯視圖，(M-R) 3D打印融合器的垂直截面；在80倍放大倍率下用掃描電鏡(SEM)觀察。
研究結(jié)果表明，填充率為60%且交叉層數(shù)為1或2層的融合器更適合脊柱融合，其孔徑保持在450至490微米之間，能夠在降解過程中保持良好的支撐性能。實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，隨著內(nèi)部孔徑的增大和交叉層數(shù)的增加，融合器的降解速率上升，且在28天的降解測(cè)試中，填充率為60%的結(jié)構(gòu)仍然保持較高的壓縮強(qiáng)度（圖3），滿足人類松質(zhì)骨的基本強(qiáng)度要求，而填充率為40%的結(jié)構(gòu)則未能滿足這一要求。這些結(jié)果為未來脊柱融合器的設(shè)計(jì)和臨床應(yīng)用提供了理論和技術(shù)支持。
圖3 各組融合器在不同降解階段的壓縮強(qiáng)度
該項(xiàng)研究設(shè)計(jì)了用于可降解脊柱融合器的新式結(jié)構(gòu)，探究了結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)融合器力學(xué)性能和降解性能的影響規(guī)律，為新式可降解脊柱融合器的設(shè)計(jì)和開發(fā)提供了理論支持。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，3D打印可降解脊柱融合器有望在臨床實(shí)踐中發(fā)揮更大的作用，改善患者的治療效果和生活質(zhì)量。