2026年8月21日，来自马德里自治区格雷戈里奥·马拉尼翁大学综合医院的先进规划与3D制造中心（UPAM3D）设计、制造并植入了世界上首例个性化超材料骨假体。手术近一年后，这位38岁的胫骨高级别骨肉瘤患者未出现感染或相关并发症，膝关节对线和活动度均保持良好，现在很多情况下无需拐杖即可行走。植入物采用钛合金材料，利用3D打印制造而成。之所以采用这种方案，是因为市面上没有任何植入物能够在不影响膝关节活动度的前提下保住患者的腿。植入装置由医院的肿瘤外科医生安装，是格雷戈里奥·马拉尼翁健康研究所和马德里理工大学合作研发的成果。
一种骨骼仿生结构
钛合金植入物借鉴了航空航天技术：由毫米级杆状结构组成的超材料结构，能够重现骨骼的形状和功能。这种假体并非取代原有骨骼，而是模仿骨骼，吸收机械负荷，并防止周围骨组织因长期不使用而退化。植入物仅重300克，却能承受超过500公斤的重量。医疗团队在此病例中引入了一项创新：假体填充物取自格雷戈里奥·马拉尼翁医院自有的骨和骨肌腱组织库。移植的骨组织与金属结构紧密交织，有助于骨整合和假体固定。手术过程顺利，未出现并发症，术后影像学检查也证实了这些要素的良好融合。
△GregorioMarañón 医院植入个性化超材料骨假体。照片来自格雷戈里奥·马拉尼翁大学总医院
为什么传统的植入物行不通
案例中的患者胫骨感染，骨密度严重下降，这意味着骨骼无法支撑传统的植入物。面对这一限制，医院的医疗团队考虑使用定制的假体，这种假体不仅要适应患者的解剖结构，还要适应患肢的特定功能。植入物设计基于患者的放射影像，研究团队据此构建了患者健康腿部的数字孪生模型。他们利用数字模型模拟了行走、爬楼梯或跌倒时胫骨承受的真实负荷。基于这些数据，研究团队逐点计算出植入物内部晶格的配置方式，从而将重量精确传递到骨骼能够承受的区域。这一过程使得固定螺钉能够指向骨骼质量最佳的区域，并实现毫米级的手术规划。
西班牙大力推进医院3D打印制造
格雷戈里奥·马拉尼翁植入物问世之际，西班牙公立医院正日益将 3D 打印视为一项经过认证的制造活动，而不是一种实验性的辅助工具。位于马德里的12 de Octubre大学医院的先进设计与3D打印技术中心（UTADI
3D）近期成为西班牙首家获得UNE-EN ISO
13485:2018标准双重设计和制造认证的公立机构，业务范围从放射治疗模具扩展到更广泛的患者定制设备。技术中心目前为医院的33个科室提供支持，并隶属于由卡洛斯三世健康研究所协调的国家参考网络。这表明，正式认证以及相关技术正助力西班牙医院从打印原型过渡到直接用于患者护理的设备制造。
△定制医疗器件的生产。图片来自马德里公立医院
骨科肿瘤学中的定制植入物
在骨科肿瘤领域，传统的植入物长期以来都迫使患者在活动度、贴合度和耐用性方面做出妥协。外科团队越来越多地从一开始就使用CT和MRI扫描，以便设计出与每位患者的骨骼几何结构、负荷情况以及肿瘤切除后留下的确切缺损相匹配的植入物。这种方法已经在其他地方取得了成效。2018年至2021年间，中国广西医科大学医院的研究人员使用定制的钛合金假体和网状补片治疗了5名桡骨远端巨细胞瘤患者，通过精确匹配每位患者的解剖结构，改善了韧带附着、关节稳定性和早期腕关节活动度。
在印度，马尼帕尔医院利用 CT 扫描技术，为一位胸骨和肋骨被巨大肿瘤破坏的患者设计了个性化的 3D 打印钛合金胸骨，在切除肿瘤后替换了整个结构。格雷戈里奥·马拉尼翁的超材料假体更进一步，不仅复制了缺失骨骼的形状，还复制了负载力学行为。
来源：南极熊
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