要製造一個(ge) 好的框架來填補人體(ti) 缺失的骨骼，用30%的粉狀天然骨加上一些特殊的人造塑料，再用一台3D打印機打印出所需的形狀即可。這就是約翰·霍普金斯大學的研究人員4月18日在線發表在《ACS Biomaterials Science & Engineering》雜誌上的一篇論文的結論。

約翰·霍普金斯大學的科學家們(men) 說，每年都會(hui) 有大約20萬(wan) 人因為(wei) 出生缺陷、創傷(shang) 或手術原因需要更換頭部或者臉部的骨骼。迄今為(wei) 止，對於(yu) 這些患者最好的治療方案是從(cong) 病人不承擔身體(ti) 重量的腓骨上取下一段骨頭，然後把它切成所需的形狀並植入正確的位置。但是該校醫學院生物醫學工程係副教授Warren Grayson博士認為(wei) ，這種方法不僅(jin) 會(hui) 造成腿部創傷(shang) ，而且由於(yu) 腓骨相對比較直，難以跟臉部的曲線擬合得特別好。

為(wei) 了解決(jue) 這一問題，研究人員們(men) 轉向了3D打印技術。眾(zhong) 所周知，這一技術非常擅長用塑料製造出極其精確的結構——包括準確的解剖結構。不過“放在塑料支架上的細胞需要一些引導因子才能夠轉變為(wei) 骨細胞”。Grayson博士說：“理想的支架是另一塊骨頭，但是天然骨骼通常無法非常精確地重新塑造。”

為(wei) 此，Grayson和他的團隊希望通過實驗找到一種複合材料來3D打印骨骼支架，這種材料要能夠將塑料的強度和可打印性與(yu) 天然骨裏存在的生物“信息”結合起來。

科學家們(men) 一開始就選擇了聚己內(nei) 酯（PCL），這是一種可降解聚酯，經常用於(yu) 製造那些已經獲得FDA批準可以用於(yu) 臨(lin) 床的聚亞(ya) 安酯。“PCL會(hui) 在80到100攝氏度的時候融化，這個(ge) 融點低於(yu) 大多數塑料，所以對於(yu) 那些通常會(hui) 在較高溫度下損壞的生物材料來說，這是一個(ge) 很好的混合對象。”Grayson團隊裏的研究生Ethan Nyberg說。

盡管PCL的強度很高，但是研究團隊從(cong) 以往的研究中了解到，它並不能很好地支持新骨的形成，所以科學家們(men) 將它與(yu) 骨粉混合在一起。這種骨粉是將牛膝蓋骨內(nei) 部的多孔骨骼剝離細胞之後粉碎製成的。

“骨粉中含有源於(yu) 生物體(ti) 的結構蛋白再加上親(qin) 骨生長因子，可以幫助不成熟的幹細胞成熟為(wei) 骨細胞。”Grayson說：“它也增加了PCL的粗糙度，這有助於(yu) 細胞的抓附和強化了生長因子的信息。”

Grayson稱他們(men) 對該複合材料進行的第一個(ge) 測試是可打印性。其中5份骨粉含量為(wei) 30%和70%的混合物表現出色。而當骨粉的比例達到85%時，由於(yu) PCL“膠水”太少而不能保持清晰的晶格形狀，因此在隨後的實驗中被淘汰。

另外，為(wei) 了研究該支架是否能夠刺激骨骼形成，研究人員通過吸脂術為(wei) 支架添加人類脂肪源性幹細胞，並將支架浸在缺乏親(qin) 骨成分的營養(yang) 培養(yang) 基中。

三周之後，在含有70%粉骨的支架上的細胞的基因活性比純PCL支架上生長的細胞高出幾百倍，而在含有30%的骨粉的支架上的細胞的基因活性也很高，但沒有前者那麽(me) 令人印象深刻升幅。

隨後，科學家們(men) 將關(guan) 鍵成分β-甘油磷酸加到細胞的培養(yang) 基中，使它們(men) 的酶可以沉積骨骼的主要礦物質——鈣。結果發現，與(yu) 在純PCL支架上的細胞相比，在30%骨粉支架上的細胞每個(ge) 多產(chan) 生大約30%的鈣，而那些在70%支架上的細胞可以產(chan) 生超過兩(liang) 倍的鈣。

最後，研究團隊將其支架在小鼠身上進行實驗，這個(ge) 實驗小鼠的頭骨被研究人員弄出了一個(ge) 很大的洞，如果沒有幹預的話，這頭骨的創麵太大不可能自行愈合。在隨後12周的實驗裏，研究人員將裝滿幹細胞的支架植入小鼠的傷(shang) 口，讓新骨在洞裏生長。CT掃描顯示與(yu) 純PCL支架相比，那些含有30%或70%的骨粉的支架骨骼生長量至少增加了50%。

“在培養(yang) 基實驗中，含70%骨粉的支架要比含30%骨粉的支架更能促進骨的形成。”Grayson說格雷森：“但是30%的支架強度更高一些。由於(yu) 在老鼠頭骨實驗中兩(liang) 者的區別並不大，我們(men) 正在進行更進一步的研究以找出哪種混合整體(ti) 效果最佳。”

雖然"脫細胞"的牛骨已經被FDA批準可用於(yu) 臨(lin) 床使用，研究人員們(men) 說，在今後的研究中，他們(men) 希望能測試人類骨粉，因為(wei) 後者的臨(lin) 床應用更為(wei) 廣泛。