“超弹性”骨头 3D打印的新应用

若你在不久的未来伤到了骨头，3D打印也许就是你佳的良药。研究者已经在猴子和大鼠上创造出他们称作“超弹性”的骨头。不仅可以大量制造，功能也和真的一样，如果应用到人体上，目前移植骨头所遇到的问题也能迎刃而解。

   目前我们常做的手术主要分成两种种称做自体骨移植，将破碎的骨头从伤患身上移出后，再从伤患的臀部或肋骨取出部分骨头移植到他的体内。这也是目前医生偏好的方式，因为接好的骨头具有生成软骨和骨细胞的完整干细胞，而且不会有自体免疫排斥的问题。但是缺点也不少病人必须面临第二次痛苦的手术并将有两个伤口，另外人体内可以用来移植的骨头数量也有限。

   另外一种手术是制造一个支架提供骨头生长的地方，这些支架通常由自然和人工合成材料所组成，当植入人体后，干细胞会附在上面，分化出可建造骨头的细胞……理想上啦。问题在于，支架的材质会造成干细胞没办法百分百转换成需要的软骨和硬骨，目前的方法是将干细胞生长在名为“磷化钙”(CaP)的陶瓷材料，然而做出来的材质却又硬又脆。这还不是糟的，免疫系统还会将支架视为外来者进行攻击，让骨头无法生长。

   针对这些挑战，来自西北大学(位于美国伊利诺州的埃文斯顿市)的研究者发明出超弹性骨头。这种骨头含3种成分种是原本就存在于牙齿和骨头中的氢氧磷灰石，它可以释放出化学讯号诱导干细胞分化;另外他们也加了具生物相容性的聚己内酯和溶剂，前者可增加弹性，而后者会在3D打印时蒸发黏住打印后的夹层。而这些混和物会混匀成墨水一层层“雕塑”出和骨头吻合的形状。这样一来，病患不再使用大量制造的支架，只要经过X光照射，在同为病人量身订做的高弹性骨头就会被打印出来。

   为了测试这项材质功能是否真的那么神奇，研究团队首先将打印出的支架和大鼠脊椎骨混和在一块，目的是要看他们的材料是否可以和目前常用来治疗受伤脊椎的其他支架一样，将两块邻近的脊椎骨固定在位置上。8周后他们发现新的血管组织已经渗进支架里──这在往后维持生长组织活性扮演一个非常重要的一步──然后干细胞开始分化出钙化的骨头。吻合程度也比动接枝手术要来得好。同样的材料用在猕猴受伤的头骨，4周后结果一样令人欣喜，新生成的血管和骨头已渗进支架中;更重要的是，猕猴并没有受发炎或感染之苦。

   另外这项材料在价格上也占了优势，由于在生医工程方面的实验室已被大量应用，所以这些“墨水”材料都不会太昂贵;未来在脸部重建的发展也大有用处，手术者可以将材料剪贴出理想的形状。总之，照某一人的说法“应用可谓无边无际。”