2026年5月21日，坦佩雷大学的研究人员开发出一种3D打印陶瓷植入物，能够高度复制天然人骨的成分和内部结构。这项研究以题为“Biomimetic bone calciumphosphate-based
scaffolds fabricated via ceramic vat photopolymerization:Effect of
porosity, sintering temperature, mineralogical phases and traceelements
on the osteogenic potential”的论文发表在《今日材料生物》（MaterialsToday Bio）上。研究成果推进了无需供体组织、合成药物或生长因子即可实现患者特异性骨再生的可行性，并有望为全球人口老龄化背景下的骨缺损治疗提供一条更便捷的途径。
每年进行两百万次的手术，仍然依赖捐献骨骼
骨移植是全球第二大常见的组织移植手术，然而，目前主流的骨移植方法——从患者自身获取骨骼或从捐献者处获取骨骼——仍然受到骨源供应、手术复杂性和术后恢复负担的限制。随着人口老龄化以及创伤、疾病和退行性变导致的骨缺损发生率的上升，这些方法的局限性也越来越难以克服。
合成骨骼替代品已经存在数十年，但大多数都难以复制骨骼的生物学功能：不仅是矿物质含量，还有精确的内部几何结构，这种结构允许细胞定植、相互作用并形成新的组织。事实证明，要达到人体所需的精确度，这种几何结构很难实现。
△安东尼娅·雷斯勒，坦佩雷高等研究院博士后研究员。图片来自坦佩雷高等研究院。
使用与自然界相同的材料进行打印
由坦佩雷高等研究院博士后研究员安东尼娅·雷斯勒领导的坦佩雷研究团队选择羟基磷灰石作为基材，这种磷酸钙化合物也是构成真实骨骼矿物结构的主要成分。研究人员采用陶瓷槽光聚合技术（一种利用光逐层固化陶瓷树脂的3D打印方法），从而能够精确控制最终支架的内部结构。在欧盟资助的AffordBoneS项目下，经过四年的研究，研究团队确定了一种最佳的支架几何结构：内部孔径约为400微米，整体孔隙率约为45%。测试表明，这种结构能够很好地平衡骨形成细胞进入、相互接触以及开始生成新组织所需的各种条件。
雷斯勒说：“这种结构在强度和生物性能之间实现了关键的平衡，使成骨细胞能够进入材料中，相互相互作用，并成功地开始形成新的骨组织。”研究团队还发现了一个不太明显的变量：表面化学性质。加工过程中所需的高温烧结会改变表面性质，从而损害细胞附着。这一发现表明，影响植入物性能的因素远不止材料成分本身。她说道：“我们发现，加工过程中所需的高温会改变材料表面，使人体细胞更难附着。我们的发现表明，生物材料的成分和表面性质对于成功的骨骼再生都至关重要。”
由于这些植入物是根据患者影像数据进行数字化设计的，因此可以根据特定的缺损几何形状进行定制，避免了现成解决方案的种种不足。研究人员估计，这类植入物有望在十年内投入常规临床应用。
△模拟天然骨组织化学成分和结构的3D打印支架。图片由Jonne Renvall和坦佩雷研究所提供。
研发真正有效的合成骨骼
坦佩雷团队正在攻克的挑战，正是再生医学领域最活跃的工程难题之一的核心：如何制造一种合成支架，它不仅在结构上足够完善，而且在生物学上也足够吸引人，能够让身体通过它来构建真正的骨骼。多项并行研究已将这一问题从实验室推向临床。总部位于芝加哥的DimensionInx公司开发了CMFlex，这是一种由羟基磷灰石和可生物降解聚合物制成的3D打印再生骨移植材料，结构包含宏观、微观和纳米级特征，旨在促进骨再生。CMFlex成为首个获得FDA
510(k)许可，可用于口腔颌面外科手术的此类产品。
在学术方面，新南威尔士大学的研究人员开发了一种陶瓷全方位生物打印技术，可在室温下将磷酸钙墨水直接沉积到受损组织中，并在几分钟内硬化，从而实现原位骨骼修复，并为治疗创伤或癌症造成的缺陷开辟了可能性。在可生物降解的道路上，新南威尔士大学堪培拉分校的研究人员开发了一种 3D 打印的可生物降解骨支架，它能够很好地模仿天然骨骼的内部结构，设计用于在愈合后自然溶解，从而无需进行第二次手术来取出植入物。
坦佩雷的研究成果是对孔隙率、烧结温度、矿物相和微量元素组成如何相互作用进行系统评估，以确定人类细胞是否真的会在支架上定植并开始形成骨骼。
来源：南极熊
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