骨移植是全球最常见的外科手术之一，每年进行的相关手术之一，每年进行的相关手术超过两百万例。然而，当前的解决方案——无论是取自患者自身还是供体——仍然受到可用性、恢复时间以及并发症风险的制约。来自坦佩雷大学的一项新研究里程碑正指向一个不同的未来。

坦佩雷大学的研究人员近日开发出一种3D打印陶瓷植入材料，旨在复制天然人体骨骼的化学成分与物理结构。这项研究由坦佩雷高级研究所博士后研究员Antonia Ressler领导，使用天然骨骼中的矿物化合物——羟基磷灰石作为基材，通过陶瓷光固化聚合工艺制造出可专门针对个体骨缺损进行定制的支架。

Ressler表示：“通过使用与大自然相同的材料相同的天然材料，并借助陶瓷3D打印进行塑形，这些植入物能够精确匹配患者的个体骨缺损，而无需依赖可能引起副作用的药物或生长因子。”

利用陶瓷3D打印技术，研究团队对每个支架的内部结构（包括孔径大小与连通性）实现了精确控制。他们发现最优配置为约400微米的内部孔径和45%的孔隙率。

Ressler说：“这种架构在强度与生物性能之间达到了关键平衡，使成骨细胞能够进入材料内部，相互交流，并成功开始形成新的骨组织。”

团队还发现了一个对植入物设计有直接影响的关键工艺变量：高温烧结会改变材料表面性质，从而降低细胞粘附能力。

Ressler指出：“我们发现，加工过程中的高温会改变材料表面，使得人体细胞更难附着。这一发现表明，对于成功的骨再生来说，不仅是材料成分，生物材料的表面性质同样至关重要。”

这项研究被认为是最早系统设计、打印并评估仿骨陶瓷支架的研究之一。Ressler表示，这类患者特异性植入物有望在十年内进入常规临床使用。

她补充道：“这项技术使得植入物可根据个体需求设计——不再需要‘一刀切’的解决方案。我们相信，这类植入物在未来十年内可以用于常规骨再生治疗。”

多年来，用于骨修复的3D打印领域持续发展，涉及多种技术与材料。早在2018年，我们就报道过西北大学的“Hyperelastic Bone”——一种利用挤出式增材制造设计的骨移植合成替代物。2021年，研究人员进一步展示了直接在患者体内3D打印骨样材料的概念。最近，滑铁卢大学探索了一种用于骨骼修复的生物聚合物纳米复合材料方法，而耶鲁大学则在2024年完成了其首例院内定制3D手术案例。

坦佩雷这项研究的独特之处在于其专门针对陶瓷增材制造的系统方法，以及对表面特性——细胞行为的关键因素——的关注。该研究由地平线欧洲玛丽·居里行动计划资助，同时也为正在进行的GlassBoneS项目奠定了基础，该项目聚焦于开发可负担的支架。