3D打印仿生人骨 推动牙齿矫正进入个性化定制时代

有了断骨，3D打印的可再生人骨，能够顺利帮助我们接骨重生；皮肤溃烂缺损，3D打印的可再生皮肤为我们提供了一次性植皮的可能……这些看似出现在科幻电影中的画面，因为科技的进步，已经走进了我们的生活。

“我们利用生物3D打印纳米生物活性材料解决人体骨缺损的问题，通过打印人体活性细胞，打印出人造皮肤，解决皮肤缺损等问题，为广大的患者提供了全新、安全的修复方案。”西安博恩生物科技有限公司负责人张弛说，如今这项高精尖的硬技术有了更接地气的应用——推动牙齿矫正进入个性化定制时代。

骨缺损修复重建 向世界临床难题发起挑战

3月23日，走进博恩生物展室，展厅内摆放的3D打印人骨、人体手部组织模型、牙齿隐形矫正器等展示品和满墙的荣誉证书，彰显着这家生物科技企业的实力。

博恩生物研发团队主要来自西北工业大学生物增材制造团队。为了响应“把论文写在祖国大地上”的要求和陕西省深化 “三项改革”、让更多产品从实验室走向市场的号召，西北工业大学汪焰恩教授率先带领着生物增材制造团队将一项3D打印机从纸上的论文变成了实实在在看得见摸得着的产品。

“早在2003年，我们就把第一代生物3D打印机样机研制出来了，但打印什么产品，既符合国家发展战略需求，也符合老百姓的生活需求呢？经过与多家医院的深入交流，汪焰恩教授率团队决定，用它来打印一块‘活’着的骨头。”张弛说，这个决定源于汪焰恩教授的父母是残疾人。本着为患者减轻病痛，他们向骨缺损修复重建这项世界临床难题发起挑战。

打印人造骨，选用什么材料是团队面临的第一道难关。

“通过对多种材质的植入物进行详细研究后，我们筛选出最适合做人造骨的纯生物级的生物活性材料——羟基磷灰石。这是人体骨骼中含量最高的材料，在人体骨骼无机盐成分中占比75%，具备良好的骨传导性和骨诱导性，最适合用来作为人造骨的材料。”据张弛介绍，用它打印出的人骨可以诱导细胞攀爬，让人造骨在体内实现“生长发育”。

但由于纳米级羟基磷灰石这种材料是粉末质地，很难做成复杂的形状，尤其再遇到3D打印技术，如何能将它粘合在一起打印成型呢？新的难题又出现了。

为了找到合适又安全的黏合剂，研发团队尝试了上百种不同的方案，终于找到了一种“有机生物墨水”。这种“有机生物墨水”能够完美地让羟基磷灰石固定成型，并且不会对人体造成任何损伤。

有了合适的材料，仿生人骨就能打印出来了吗？在实际打印过程中，研发团队又面临一个新难题－打印出的是实心骨头。“我们都知道，人体骨骼并不是实心的，而是具有明显的松质骨和密质骨的区分，人骨有天然的孔隙率，那么打印出的人造骨也只有做出具备仿生结构，并且保证骨骼的生物活性，这个才有意义，不然就是一块死骨头。”张弛说。

攻克难关 第一台生物活性3D打印机让人造骨“活”起来

为了让打印出的骨头“活”起来，团队不断攻克一个又一个难题。

粉末状羟基磷灰石材料，在打印过程中，喷嘴喷涂时非常容易形成团聚效应，难以达到理想的效果。“我们进行了上千次实验研发出的第一台生物活性3D打印机，独创的超细喷嘴阵列以及超微振动喷洒技术，在一系列算法的精准控制下，可以让打印出来的人造骨骼具有与生物骨骼一致的外观形状，还可仿制出生物骨骼微观形态，这就为人造骨的成活提供了条件。”张弛说，这项技术处于国际先进水平。

众所周知，人体的骨头中间有很多孔隙生长着许多毛细血管，且有血液流通。为让打印的人造骨实现这一功能，研发团队通过对“渗透率”的研究，保证打印出来的人造骨植入人体后，能够发挥和人体骨同样的作用。“这样的仿生骨植入人体后，能参与人体新陈代谢自动降解，并引导骨细胞重组生成自体骨，真正实现‘活’起来。”张弛说，由这种工艺和设备制成的植入骨支架、植入骨填充颗粒等具有多孔结构均匀的优点，可用于骨修复、骨肿瘤、骨缺损等病例，造福广大患者。

拓宽发展路径开发新产品 产业化发展驶入快车道

目前，博恩生物的骨科系列产品已经进入临床试验阶段。“生物活性3D打印机的研发成功，让我们的产品不仅仅局限于打印仿生人骨，我们还在探索3D打印人体皮肤，以至于未来的打印人体器官。”张弛说。

“我们目前是从小白鼠、小兔子等动物的身上提取了活性细胞，经过培植后，再通过3D打印出人造皮肤。” 张弛说：“我们正在探索真皮层中汗腺、毛囊、皮脂腺等结构的稳定打印技术，做到与自然皮肤高度接近，植入到人体上一样会呼吸、有汗腺。目前还在临床试验阶段，未来，这项技术或许能为皮肤损伤患者带来希望。”

据介绍，博恩生物拥有目前全国最大的骨密度数据库，除了人造骨、人造皮肤等系列产品，博恩生物还以骨发育能力与生物力学为基础，基于骨密度数据自主研发了齿科隐形矫治器产品。

“牙齿矫正归根到底也是骨骼重建的过程，牙齿移动依靠生物力学，而生物力学又促进了骨骼的改建过程，技术其实本质是相通的。”张弛说，因为患者的适应症不同，所以仅用一种方案或一个产品，很难达到理想的矫正效果。基于强大的技术储备，他们的研发团队能够根据患者的适应症开发出符合医生要求、符合患者矫正路径的个性化定制产品。

“我们的产品进入市场以来反馈非常好，目前通过个性化定制的牙齿矫正器已经销售到了全国上千家诊所和医院，产业化发展驶入了快车道。”张弛坦言，博恩生物的快速发展，离不开西安科创环境的支持。早在企业成立之初，他们不过是凭借过硬的技术实力，在创新大赛上取得了优异成绩。由此，他们不仅拿到了首轮400万元的投资，还受到了陕西省创新驱动共同体的认可和关注，并且成功落户陕西省创新驱动共同体孵化器。

“对于企业来说，我们一心搞科研，创新驱动共同体帮我们解决了企业发展的后顾之忧，帮助我们成功申请了国家高新技术企业，还帮助我们对接市场，助推企业加速发展。”张弛说。

西安报业全媒体记者 关颖

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范福利特 发表于 2024-3-27 09:11
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梅花凌寒独自开 发表于 2024-3-27 11:01
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