多功能活性含镁支架的影像引导精细设计与3D精准打印技术研究

Long bone defect is one of the most serious bone diseases hard to be cured. Implanted osteogenetic scaffold with excellent composition and structure properties is an ideal method he ideal technology for therapy. Controllable design and manufacturing scaffold with desirable composition and structure will effectively improve the ability for cure. This proposal based on the preliminary studies of bone defects and 3D printing technology, aims to investigate 3D macro/micro CT image guided the bioactive bone repair scaffold with personalized functional oriented fine structure design and control method. It also includes the manufacture of osteogenetic PLGA/TCP/Mg composite porous scaffolds as artificial bone graft using precise 3D printing, and made it meet the biology needs for functions of bone tissue repair, regeneration, and functional reconstruction. Furthermore, the study will further use the critical bone defect rabbit model to evaluate the cellular from the material structure, in vitro biological properties and in vivo osteogenesis performance three aspects of the stent system evaluation, clarify its mechanism of osteogenesis. Provide innovative ideas and new methods for personalized construction of biological materials and the 3D printing precision manufacturing for bone defect therapy related medical applications.

大段骨缺损是典型难治愈性疾病。植入综合性能优异的促成骨活性支架以实现对骨缺损的组织结构与血管化重构的协同生长促进，是修复骨缺损的理想手段。多功能骨修复支架精细设计与精准制造是生物材料与骨科临床面临的重要挑战。本项目基于前期治愈骨缺损的研究及生物材料3D打印技术基础，拟基于三维CT影像数据获取骨组织形态和微观结构及密度等信息，指导骨修复支架个性化功能导向的精细结构设计，研究其多参数调控的精准3D打印成型技术，并对其组成、结构和力学参数等特征进行精确调控。进一步以PLGA/TCP/Mg多孔支架作为材料载体，探索满足骨修复及功能再生的材料学及力学性能。最后，拟在兔临界尺骨缺损模型中系统评估新型支架体外生物性能和体内促成骨/成血管性能，并进行定量评价。阐明其促成骨及血管再生的机制。本研究有望为多功能生物支架材料个性化构建及3D打印精准制造提供新方法和新技术，为临床多功能骨修复支架的发展提供科学依据

骨缺损修复,尤其是骨科疾病如类固醇相关骨坏死(SAON)的修复是一个具有挑战性的临床问题。镁是一种具有良好力学性能的可降解金属，其研究由来已久。在这项研究中, 使用低温快速成型(LT-RP)技术将镁粉、PLGA、β-TCP复合制备一种新型多孔PLGA / TCP /Mg支架。分析了PTM支架的物理特性和Mg离子的体外释放。在建立的SAON家兔模型中，评估了PTM支架的成骨和血管生成特性，以及植入后的生物安全性。结果表明，PTM支架具有良好的仿生结构，提高了材料的力学性能。结果显示，在手术后4周增强磁共振成像的血管造影显示血液灌注增加并促进新血管的生成。相应的，术后12周，影像学分析、组织学和力学性能分析显示，PTM可显著促进新骨形成，增强新骨形成的力学性能。PTM组骨平均体积比PT组大56.3%。这些结果提示PTM支架在SAON中具有成骨和血管生成的双重功能，在促进新骨形成和增强新骨质量方面具有协同作用。综上所述，PTM支架是一种很有前途的复合生物材料，用于修复具有挑战性的骨缺损，具有巨大的临床转化潜力。