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南京3D打印机:3D打印机的医疗骨骼

2020-09-28

3D打印骨骼不再是未来。他们是非常真实的!继续阅读以了解当今医学中的3D打印骨骼项目。
3D打印骨骼需要替代方案

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人们由于事故或疾病而骨折或掉骨头的情况并不少见。作为一种治疗方法,医生会植入供体的骨移植物或骨组织碎片。用金属丝和螺钉固定在适当位置的植物可以帮助身体再生健康的骨骼结构。
不幸的是,这个过程有一些明显的缺陷。首先,必须将骨移植物切割成适合旧骨的位置。其次,如果在手术过程中插入了金属板或脚手架,则通常必须稍后通过手术将其移除。最后,对于那些缺少大量骨头的人,例如胳膊或腿,通常唯一的选择是截肢。
3D打印的骨骼可以使过程更自然,更方便患者,从而改变所有这些情况。医生将不再需要从另一块骨头上取骨或寻找骨头供体:他们只需扫描区域并为新骨头的结构建模即可。
借助3D扫描和建模技术,可以将每个植入物精确地塑造成患者骨骼的形状。当寻求节省肢体时,生产速度也很重要,这也是3D打印成为解决方案的理想选择的另一个原因。
一旦进行3D打印,就可以将骨头植入患者体内。理想情况下,随着新骨的生长,骨移植物将溶解,从而减少了进行更多外科手术的需要。尽管可以使用与天然骨骼相似的化合物来印刷此类骨骼,但研究人员也正在研究以其他具有特殊性质的材料来印刷骨骼。
项目1:Xilloc CT骨

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Xilloc总部位于欧洲,   专门生产针对患者的植入物,包括3D打印的骨植入物。基于对患者的CT扫描,工程师与外科医生一起设计植入物,以使它们完美地固定在适当的位置。
这家荷兰公司正在用磷酸钙开发一种类似骨骼的3D打印材料,磷酸钙是天然骨骼中发现的主要化合物。结果,它将最终与患者现有的骨骼合并并成为其一部分。该CT骨三维打印材料允许植入模拟孔隙度相同的水平真正的骨头。
该过程仍在测试中,尚不可用,但显示出巨大的潜力。临床前研究表明,植入物在24周内与患者的骨头融合在一起。后来的分析表明,移植物中开始形成骨组织,甚至骨髓。自2018年以来,该项目没有任何新闻更新,但我们将密切注意。
项目2:超弹性骨

伊利诺伊州西北大学的材料科学家,已经开发出一种新的3D可打印材料,称为“ 超弹性骨骼 ”(HB)。这种柔性材料非常有利,因为它可以切割,轧制和加工。结果,该材料在外科手术期间易于植入。
HB由超过90%的羟基磷灰石组成,该化合物可增强真实骨骼的硬度。结合特殊的聚合物,这种脆性材料成为一种柔软但稳定的物质。它充当支架,以其多孔性和吸收性促进血管和细胞的生长。
这种材料很有前途,因为它是解决骨移植问题的廉价解决方案。它的制造成本低廉,可以在室温下进行3D打印,并且可以保存长达一年。例如,发展中国家的医院可以利用这种材料而无需昂贵的制冷系统。
在2019年,对有颅骨缺损的活大鼠进行了一项研究。HB提供了良好的骨骼再生能力,与其他使用自身动物骨骼(自体)的植入物相比,在8周后HB的有效性约为74%。
尚没有进行人体试验,但根据该研究的负责人之一Shah博士的说法,“高弹力骨具有巨大的潜力,可以转化为颅面重建手术,那里需要经济高效的骨替代移植物。”
项目3:骨棚架

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纽约大学的科学家也正在开发自己的  3D打印骨骼。他们的目标是帮助需要帮助的人,例如颅骨变形的儿童或退伍军人,这些人需要骨棚架。
支架是设计用于刺激医疗目的新的有机组织形成的材料。它们为组织发育提供了物理结构,最终引导细胞向所需的形状和形式生长。
纽约科学家没有灵活,而是通过模仿骨骼的形状和成分来优化愈合。骨骼在β-磷酸三钙中3D打印,然后过热至其最终的陶瓷状态。在3D打印部件上添加了双嘧达莫的特殊涂层,以加快新的骨骼形成并吸引骨骼干细胞。
来自东英吉利大学(英国)的科学家与动物健康基金会一起,正在开发3D打印支架,以支持马的骨骼再生。
支架结构是由MakerBot Replicator 2和BendLay 聚碳酸酯细丝在细网中制成的。体外测试显示出非常积极的结果,为人类骨再生建立了另一条研究途径。
项目4:髋关节置换

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3D打印骨骼部件并不是全新的事物,至少对于髋关节植入物而言并非如此。早在2007年,意大利外科医生Grappiolo博士就与Arcam(现为GE的一部分)一起开发并成功地在人类患者体内植入了世界上第一个3D打印的髋臼组件(髋臼杯)。
Delta-TT杯是一个半球形部件,可容纳股骨头,而旋转球组件可实现腿部大部分的多向运动。杯子的外表面附着在患者的臀部上,并将整个植入物固定在适当的位置。用金属印刷的这种故意的不规则表面3D可以促进骨骼附着并刺激这些部分之间的细胞生长。
十多年后的今天,斯堪的纳维亚3D制造商的打印机生产了超过100,000个髋臼杯植入物,而Grappiolo博士本人则植入了600多个。
关于耐用性,这位意大利外科医生认为植入物可以使患者终身受益。尽管还没有办法证明这一点,但是Grappiolo的第一位患者的植入物仍然具有与其他任何植入物一样坚固的强度。
项目5:太空中的3D生物打印
如果3D打印骨骼的挑战性不够,为什么不在太空中尝试呢?嗯,这实际上是某些研究实验室正在尝试的方法。
生活在外层空间会显着影响骨骼的再生。国际空间站的宇航员由于长时间暴露于微重力而显示出高水平的骨骼变性。骨骼结构需要持续的机械刺激才能触发其重建程序,这在低重力环境中是无法实现的。
这就是为什么俄罗斯3D生物打印解决方案一直在国际空间站进行骨骼3D生物打印的原因。样品是在特殊的磁性3D打印机中生产的,最终目标是能够在将来的长期太空探险中为移植生产骨骼。
项目6:颅骨成形模具

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3D打印可以不同形式协助骨移植。在很多情况下,为这些零件创建模具可能会更简单,但却是一个很好的解决方案,而不是生产将要植入的实际零件。

颅骨成形术是通过添加有机或人工合成的植入物来修复患者头骨的过程,主要出于保护大脑和美容目的。这是现代医学中众所周知的程序,但确实提出了挑战。
常用的材料是陶瓷(羟基磷灰石)或聚合物(PMMA)。这些医用级材料通常为粉末形式,并且需要高温烧结以在成型后获得适当的强度。植入物是在手术过程中建模的,烧结通常已经发生在患者的颅骨中。
这里最大的问题是,烧结所需的高温会对不受保护的患者的大脑非常有害。这就是3D打印的到来。
通过患者的CT扫描,外科医生可以对植入物进行定制建模,因此可以在聚合物中3D打印模具。实际的植入物然后在制造商使用模具进行手术之前制造,既避免了过多的热量,又减少了整个过程的时间。
这是一种令人难以置信的廉价解决方案,已在全球范围内使用,尤其是在欧洲,印度和巴西。非常鼓舞人心!


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