澳大利亚UNSW堪培拉的研究团队开发出新型3D打印可降解骨支架，采用随机晶格结构，逼真模拟天然骨的内部架构。该骨支架不仅支持骨细胞附着和再生，还能随着骨骼愈合自然降解，减少二次手术需求。研究显示，不同内部设计的支架在强度、吸能和流体渗透性上表现各异，可根据骨骼部位定制个性化植入物。这项创新有望提升骨折及骨损伤治疗效果，推动个性化、可降解骨科植入技术的发展。
澳大利亚新南威尔士大学堪培拉分校（UNSW Canberra）的研究人员开发出一种新型3D打印可降解骨植入物，该植入物能够高度模拟天然骨骼的内部结构。这项创新有望改善骨折或骨损伤患者的康复，因为它可以实现个性化定制的植入物，并在愈合后自然降解，从而无需额外手术。
一种使用聚乳酸（PLA）的3D打印植入物。图片来源：UNSW Canberra
重现骨骼的复杂性
被称为骨支架的小型多孔结构提供了一个框架，以支持受损骨组织的再生。细胞在支架上附着、生长并沿着支架再生，同时支架在骨愈合过程中逐渐降解。传统的这类支架通常采用简单、重复的图案，无法捕捉真实骨骼的复杂设计。由博士研究生Kaushik Raj Pyla领导的新研究提出了一种更具仿生性的设计方法。
为了更好地重现骨骼的内部结构，研究团队采用了随机晶格结构——不规则、随机排列的设计——并使用聚乳酸（PLA）进行打印，这是一种常用于医疗应用的可降解聚合物。通过精细调节打印参数，如温度和回抽设置，他们实现了精确的打印效果，并避免了下垂和拉丝等缺陷。
Kaushik表示：“骨骼在身体的不同部位可能会受损，其结构也会不同。我们想看看匹配这些图案是否有助于骨骼修复。我们的想法是获取现有的骨骼图案，并尝试通过打印重建它们。”
测试强度和性能
研究人员打印了不同内部方向（纵向、横向和对角线）的支架，并测试其受力响应。结果显示，这些结构在冲击下能够高效吸收能量，并且根据其内部几何形状表现出不同的断裂模式。Kaushik解释道：“在快速载荷下，材料表现得更脆，但同时能量吸收效率更高。这在现实场景，如跌倒或事故中，非常重要。”
团队还发现，某些支架设计表现出更高的流体渗透性，这是骨再生的关键因素，因为养分和血液必须通过结构流动以支持愈合。Kaushik说：“我们发现某些设计在强度和流体流动方面表现尤为出色。这表明植入物可以根据不同骨骼承受的应力进行定制。而通过3D打印，支架可以为每位患者和不同伤情量身定制。”
博士生Kaushik Raj Pyla（中）与导师Dr. Juan Pablo Escobedo-Diaz（左）和Prof. Paul Hazell（右）。图片来源：UNSW Canberra
展望临床应用
尽管该技术仍在开发中，UNSW Canberra团队保持乐观。下一步计划包括生物学测试、长期耐久性研究，以及将设计适应于软骨和软组织修复。
Kaushik补充道：“可降解支架可能在降低医疗风险和整体治疗成本方面发挥关键作用。我们正朝着更安全、更个性化的植入物迈进，这些植入物是与身体协同工作的，而不仅仅是植入身体。”
3D打印在骨生成中的应用
随着3D打印技术的发展，骨植入物得以实现患者专属设计，促进自然再生，同时减少手术次数、并发症和成本。
在与荷兰马斯特里赫特大学医学中心（UMC+）合作中，Osteopore开发了一种生物可吸收植入物，旨在防止小腿截肢。利用Osteopore的3D打印技术结合CT成像，团队制作了一个个性化的笼状支架，由FDA批准的聚己内酯（PCL）制成。
该材料模仿了松质骨结构，并在鼓励新骨形成的同时逐渐降解为水和二氧化碳。据报道，这种植入物已在荷兰的一位患者体内植入，早期结果令人鼓舞。
在新南威尔士大学（UNSW）的其他研究中，副教授Kristopher Kilian和Dr. Iman Roohani开发了一种技术，可3D打印含有活细胞的类骨结构。他们使用基于陶瓷的墨水，可在室温下直接打印到受损区域，从而支持软骨和骨修复，并为组织工程、疾病建模和药物测试创造了新的可能性。
