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上海交大医学院团队国际上首创生物3D打印活性骨修复骨缺损


  一位16岁的花季少女因为左小腿疼痛就医,最后被诊断为“左胫骨近端肿瘤”,但是青春并没有在这一刻折戟,因为“3D打印个性化生物活性骨”前沿技术的应用,在切除肿瘤的一个月后,她就能自如地行走。寒假后,她就能重回课堂,继续学业,奔向美好的未来。这也是中国科学家首创“生物3D打印活性骨修复骨缺损”的首个应用病例。

  因肿瘤、创伤及感染等引致的骨缺损,常规的治疗方法包括自体骨、同种异体骨或人工骨填充植入等,上述方法仅仅为新细胞向内生长提供了支架,还需要通过巨噬细胞、破骨细胞与成骨细胞及血管等的长入,最后被新生骨完全替代,即爬行替代;其后,再改建塑形,完成骨缺损的修复;存在自体骨移植的二处手术创伤、异体骨移植传播疾病和免疫排异等风险及骨来源受限。3D打印个性化生物活性骨的临床应用完全颠覆了传统的修复方式。

  

上海交

 

  上海交大医学院附属第九人民医院骨科和医学3D打印创新研究中心团队荣获2018上海市科技进步奖一等奖

  上海交通大学医学院附属第九人民医院骨科郝永强教授是病人的主诊医师,他告诉记者,此次3D打印个性化生物活性骨不仅与骨缺损形态完全匹配,而且其显微结构与患者高度仿生。我们借助数字医学、自体血液富集及生物3D打印技术,将患者自体血小板源性生长因子(PDGF)、转化生长因子(TGF)、血管内皮生长因子(VEGF)、胰岛素样生长因子(IGF)等多种生物活性因子与生物骨修复材料进行逐层打印,将活性细胞因子精确地打印制备在骨显微结构表面,因此,形态个性化与高度仿真的骨显微结构、骨诱导性及生物活性等优势,有利于诱导细胞和血管的长入及营养的循环代谢、加速了修复过程,大大提高了治疗效果。

  花季少女来到上海交通大学医学院附属第九人民医院就诊,确定病情后,郝永强教授团队与患者家属充分沟通及知情同意,决定采用生物3D打印个性化活性骨对其肿瘤切除后的骨缺损进行修复重建(经伦理委员会批准)。郝永强和医疗工程技术人员医工讨论后,产学研协同,通过生物3D打印制备了与骨缺损形态匹配、自体活性细胞因子逐层精准定植的个性化活性骨。2021年12月28日郝永强教授为患者成功完成了切除肿瘤与生物3D打印个性化活性骨修复骨缺损手术。搭载患者自体促成骨与成血管等活性生长因子的活性骨被植入缺损部位,慢慢降解并释放出活性生长因子,与缺损区域周围骨组织内的细胞相互作用,促进新生血管、骨长入,从而加速修复。

  在中国,人工骨修复的研究与转化已经持续了30多年,此次国际上首例自主研发生物3D打印技术制备活性骨修复骨缺损的临床应用,标志着中国骨缺损修复已进入生物3D打印活性骨修复新时代,具有里程碑意义。郝永强告诉记者,生物3D打印技术满足个性化临床需求,将骨科植入医疗器械从形态个性化推向生物功能个性化,实现真正意义上的“神形兼备”。

  上海交通大学医学院附属第九人民医院骨科长期秉承以临床需求为导向,医工合作,产学研协同创新模式,自主研发个性化创新医疗器械,破解临床医疗难题。此前,郝永强教授团队已在生物活性金属与可降解金属骨科植入物研究与临床转化领域取得重大突破,将自主研发的促成骨活性钽金属3D打印个性化内固定器、钽涂层3D打印个性化骨盆重建假体与生物可降解镁合金骨内固定螺钉在国际上率先应用于临床。