Page 156 - 《精细化工》2020年第8期

·1654· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 37 卷

（SLA）、熔融沉积形成型（FDM）和选择性激光烧 宽度和线条间距来改变，3D 打印机针头内径决定线
结（SLS）。对于打印出的理想生物支架来说，要满 条宽度，打印机软件可以设置线条间距，可根据实
足以下几个特点：（1）要有一定的孔隙率，孔隙相互 际情况设置。本文采用内径为 200 μm 的针头进行打
贯通，保证营养物质和代谢产物的输送；（2）合适 印，设置内部线条间距 220 μm，打印参数会有所浮
的体内降解速率；（3）表面适合细胞黏附、增殖和 动，需要根据实际的打印情况进行调整，压力为
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分化；（4）一定的力学性能；（5）与缺损处相符合的 1.8×10 ~2.2×10 Pa，打印速度为 10~15 mm/s，针头
支架外形 [9-13] 。目前比较常用的打印材料中，聚乳酸 到打印平台距离为 130 μm。运行已经设置好的模型
（PLA）、聚己内酯（PCL）具有很好的生物相容 参数层层叠加打印出缺损部位。
性 [14-16] 。3D 打印技术要实现临床使用，其中的一 1.2.2 兔脊椎缺损模型构建
个重点在于是否能根据不同病人的损伤情况，打印 将准备好的 PLGA 材料放入打印针筒中，待针
出个性化的支架模型 [17] 。目前对于 3D 打印骨缺损 筒内温度加热到 100 ℃后，设置支架内部结构均为
的报道多为规则形状打印 [18-19] ，研究材料对缺损的 0°和 90°的交错线构成，采用内径为 200 μm 的针头
修复效果，而对不规则形状缺损的打印报道较少。 进行打印。设置内部线条间距 220 μm，打印参数会
因此，本文着重研究 3D 打印对不规则形状骨缺损 有所浮动，需要根据实际的打印情况进行调整，压
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重建的可行性。 力为 1.8×10 ~2.2×10 Pa，打印速度为 10~15 mm/s，
本文通过病人 A 的脊椎缺损研究 3D 打印技术 针头到打印平台距离为 130 μm。设置打印模型为直
对不规则形状骨缺损模型的重建程度，并通过动物 径 3.5 mm，高度为 0.5 mm 的带边框圆形支架，运
实验观察打印的 3D 支架对骨缺损的修复效果，旨 行打印程序层层打印缺损支架。打印好的支架在动
在为今后外科手术中形成的不规则骨缺损治疗提供 物实验前于紫外光照下灭菌 12 h。
理论参考。 将新西兰大白兔俯卧位固定于手术架，并调节
好体位以确保呼吸通畅，耳部附近剃毛并用碘酒擦
1 实验部分 拭消毒；然后用质量分数为 3%的戊巴比妥钠在耳静
脉缓慢注射，按无菌手术操作规范在背部手术区域
1.1 材料、试剂与仪器
剃毛、消毒、铺孔巾，用灭菌手术刀依次切开皮肤、
PCL（相对分子质量 100000），美国 Sigma 公司；
黏膜和肌肉。用灭菌好的铰骨钳在脊椎两侧对称处
聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA；100 g PDLG
分别造成直径 3.5 mm，深度 0.5 mm 左右的骨缺损。
5010），荷兰 Corbion Purac 公司；甲干生物科技有
其中一处缺损安置事先已经准备好的打印支架，另
限公司提供的新西兰大白兔共 3 只，每只体重 2.8 kg
一处不做处理。之后两侧皆用小钢板固定并将碎骨
左右，年龄 5~6 个月，普通级笼养。使用动物品种
头覆盖其上，使用 3.0 mm 不可吸收丝线逐层缝合兔
品系规格、处死动物方法等均符合动物伦理学要求。
子肌肉、黏膜及皮肤。
3D-Bioplotter 生物 3D 打印机，德国 Envision [19]
1.2.3 兔脊椎缺损部位取材及 H&E 染色
TEC 公司。 经过 3 个月普通级饲养后，对缺损部位进行取
1.2 实验方法 材。实验动物新西兰大白兔耳部周围剃毛，并静脉
1.2.1 病人脊椎缺损打印 注射空气致死；用手术刀依次切开皮肤、黏膜和肌
病人 A 脊椎有缺损，CT 扫描缺损部位，运用 肉，找到缺损部位，清除周围的肌肉和组织，用骨
CT 自带的三维成像系统重建出缺损处的三维立体 剪取下脊椎两端，充分保留缺损修复区域，用生理
结构，将 CT 数据导入医学影像控制系统 Mimics 盐水清洗表面擦除血迹，拍照后用体积分数为 10%
10.01 软件中，调节阈值将图像内的骨组织和肌肉组 的甲醛溶液固定，以备后续组织学检测。
织进行区分获得较为粗糙的二维图像。选择横断位 本着充分保留缺损修复区域的原则制作样本，
CT 图像，逐层填充图像中的空缺部位，保留感兴趣 将样本进行适当的清水浸泡和洗涤，之后放入装有
的骨组织影像。在 Mimics 中利用 FEA 模块中的 体积分数为 4%的乙二胺四乙酸（EDTA）脱钙液的
Remesh 功能对重建脊椎的表面模型进行网格划分， 容器里进行脱钙处理。脱钙完成的样本在体积分数
然后利用 Reduce、Smoothing 等功能对网格进行优 为 80%的乙醇中浸泡 12 h，取出样本依次浸泡在体
化，最终获得较为精细的脊椎缺损处的三维结构。 积分数为 95%和体积分数为 100%的乙醇中各 2 h，
将准备好的 PCL 材料放入打印针筒中，待针筒 再在二甲苯中浸泡 40 min。经过脱水和透明后的样
内温度加热到 100 ℃后，设置支架内部结构均为 0° 本进行浸蜡和包埋，在切片机上以 5 μm 的厚度进行
和 90°的交错线构成。内部网线结构可以通过线条 切片，并将切片做 H&E 染色。