中国组织工程研究 第19卷 第25期 2015–06–18出版 Chinese Journal of Tissue Engineering Research June 18, 2015 Vol.19, No.25
P.O. Box 10002, Shenyang 110180 www.CRTER.org
4076
www.CRTER.org 曹雪飞，男，1988年生，陕西省榆林市人，汉族、兰州大学第二临床医学院在读硕士，主要从事骨与关节损伤研究。
通讯作者：甄平，主任医师，解放军兰州军区兰州总医院全军骨科中心， 甘肃省兰州市 730050
中图分类号:R318 文献标识码:A 文章编号:2095-4344 (2015)25-04076-05 稿件接受：2015-04-24 http://WWW.crter.org
Cao Xue-fei, Studying for master’s degree, Lanzhou University Second Hospital, Lanzhou 730050, Gansu Province, China; Military Center of Orthopedics, Lanzhou General Hospital of Lanzhou Military Region, Lanzhou 730050, Gansu Province, China
Corresponding author: Zhen Ping, Chief physician, Military Center of Orthopedics, Lanzhou General Hospital of Lanzhou Military Region, Lanzhou 730050, Gansu Province, China
Accepted: 2015-04-24
3D打印骨组织工程支架的研究与应用 曹雪飞1，2，宋朋杰1，乔永杰1，甄 平2(1兰州大学第二临床医学院，甘肃省兰州市 730000；2解放军兰州军区兰州总医院全军骨科中
心，甘肃省兰州市 730050)
文章亮点： 1 此问题的已知信息：以往制作骨组织工程支架的方法有采用溶液浇铸/离子洗出法、原位成型法、静电纺丝法、相分离/冻干法、气体成孔法等，但支架的三维结构、力学强度、支架个性化还不尽人意。 2 文章增加的新信息：通过3D打印技术制作的骨组织工程支架在三维结构、力学强度、支架个性化方面有其独特优势。不同3D打印技术制作出的支架有其优缺点，3D打印骨组织工程支架目前处于发展阶段，需要多学科共同研究。 3 临床应用的意义：临床由于感染、肿瘤、创伤导致骨缺损的患者相当多见，但通过当前的治疗方法治疗情况不佳，通过3D打印技术制作的骨组织工程有望为骨缺损患者带来希望。 关键词： 生物材料；骨生物材料；骨缺损；3D打印技术；熔融层积成型术；立体平版印刷术；选区激光烧结术；3DP
技术；国家自然科学基金 主题词： 生物相容性材料；组织工程；支架 基金资助： 国家自然科学基金面上项目(81371983)：多孔β-TCP 负载PLGA 抗结核药物缓释微球的构建及其抗结核成骨作用研究
摘要 背景：虽然应用传统方法制作骨组织工程支架取得一定成就，但在支架的三维结构、力学强度、支架个性化方面不太满意，通过3D打印技术制作支架的方法有望改变这些不足。 目的：对3D打印技术制作骨组织工程支架作一综述，对支架的未来优化进行展望。 方法：应用计算机检索PubMed和谷歌学术数据库中，2008至2015年关于3D打印技术制作骨组织工程支架的文章。纳入包含骨组织工程支架结构设计、材料及通过不同3D打印技术制作的支架性能研究文章，排除观点重复和陈旧的文章，最后对37篇文献进行归纳总结。 结果与结论：目前可用作骨组织工程支架制作的3D打印技术有熔融层积成型、立体平版印刷、选区激光烧结及3DP技术。3D打印技术制作的骨组织工程支架在力学、结构、个性化方面有其独特优势，但该技术仍有很多问题需要解决，比如原材料的问题、不同3D打印技术的不足问题及3D打印机器的改进问题等。相信在未来多学科的共同合作下，可以制作出适合于临床的骨组织工程支架，造福于人类。
曹雪飞，宋朋杰，乔永杰，甄平. 3D打印骨组织工程支架的研究与应用[J].中国组织工程研究，2015，19(25):4076-4080.
doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2015.25.027
3D printing of bone tissue engineering scaffolds Cao Xue-fei1, 2, Song Peng-jie1, Qiao Yong-jie1, Zhen Ping2 (1Lanzhou University Second Hospital, Lanzhou 730000, Gansu Province, China; 2Military Center of Orthopedics, Lanzhou General Hospital of
Lanzhou Military Region, Lanzhou 730050, Gansu Province, China)
Abstract BACKGROUND: Although bone tissue engineering scaffolds made of traditional methods have made certain achievements, the three-dimensional structure, mechanical strength and personalized property of the scaffolds are unsatisfied. 3D printing technology is expected to change these shortcomings. OBJECTIVE: To review the 3D printing of bone tissue engineering scaffolds and to prospect the optimization of the scaffolds. METHODS: A computer-based search of PubMed and Google academic database was performed for articles addressing the 3D printing of bone tissue engineering scaffolds published from 2008 to 2015. Articles concerning the structure design and materials of bone tissue engineering scaffolds and different 3D printing technologies for scaffold preparation were included, and repetitive and old articles were excluded. Finally, 37 articles were summarized. RESULTS AND CONCLUSION: Currently, 3D printing technologies used for preparation of bone tissue engineering scaffolds include melt laminated molding, stereolithography, selective laser sintering and 3DP 曹雪飞，等. 3D打印骨组织工程支架的研究与应用 ISSN 2095-4344 CN 21-1581/R CODEN: ZLKHAH 4077
www.CRTER.org technology. 3D printing technologies have unique advantages in mechanics, structure and personalized aspects, but there are still many problems to be solved, such as raw materials, insufficiency of different 3D technologies, and improvement of 3D printer. Under the multi-disciplinary co-operation, 3D printing technology is expected to prepare suitable bone tissue engineering scaffolds and bring benefit to the mankind.
Subject headings: Biocompatible Materials; Tissue Engineering; Stents Funding: the National Natural Science Foundation of China, No. 81371983
Cao XF, Song PJ, Qiao YJ, Zhen P. 3D printing of bone tissue engineering scaffolds. Zhongguo Zuzhi Gongcheng
Yanjiu. 2015;19(25):4076-4080.
0 引言 Introduction 目前临床由于感染、肿瘤、创伤导致骨缺损的患者相当多见，但由于自体骨有限及人工骨免疫排斥反应等问题导致治疗情况不佳[1-2]。骨组织工程支架的不断发展给患者带来了希望。经典的骨组织工程支架必须具有良好的细胞和组织相容性、良好的降解和可吸收性、适宜的孔隙率和孔隙相通性的三维立体结构、良好的力学强度、支架形状个体化等特征[3-5]。骨组织工程支架的制备方法很多，与其他方法相比，3D打印技术制备的骨组织工程支架在支架个性化、精确性、机械强度、孔隙调节、空间结构复杂性方面有独特优势[6-7]。3D打印技术是当前比较热门的一种技术，实际上是一系列快速原型成型技术的统称，其原理是指在计算机控制下，根据物体的计算机辅助设计(CAD)模型或计算机断层扫描(CT)等数据，通过材料的精确逐层3D堆积，可以快速制作形状复杂的物体。当前3D打印技术已被应用于工业制造、医学等方面。在生物医学方面，3D打印技术已近被应用于器官及细胞打印、组织工程支架及假体植入物、器官模型的制作及手术指导策划。文章就3D打印骨组织工程支架的研究应用进行综述。 1 资料和方法 Data and methods 1.1 资料来源 由第一作者于2015年3月在PubMed数据库谷歌学术数据库中检索2008年1月至2015年3月有关骨组织工程的相关文章。英文检索词为“bne defect，bne tissue engineering，3D printing technology，FDM，SLA，SLS，3DP”，检索文献量总计270篇。 1.2 入选标准 纳入标准：①具有原创性、信息详实的文章。②针对性强，相关度高的最新文章。 排除标准：①与本文内容无关文章。②重复性及观点陈旧的文章。 1.3 质量评估 初检到270篇文献，阅读摘要后排除与本文无关及重复观点的文章，最后选择符合标准的37篇文章。文献[1-7]探讨了3D打印技术的原理及应用的目前进展，文献[8-30]探讨了骨组织工程支架三维的构建及不同3D打印技术在骨组织工程支架制作的应用，文献[31-37]探讨了对3D打印骨组织工程支架的未来发展。 2 结果 Results 2.1 骨组织工程支架三维构建 骨组织工程支架的三维构建，传统的方法是直接通过CAD 软件设计支架形状(圆柱形、球体、立方体)，支架孔隙大小可以通过软件的设计表现出[8]。为保证支架结构的个性化，可直接兼