基于3-D打印技术的软骨修复及软骨下骨重建

作者：张维杰; 连芩^*; 李涤尘; 王坤正; 靳忠民; 边卫国; 刘亚雄; 贺健康; 王玲

来源：中国修复重建外科杂志, 2014, 28(03): 318-324.

• 3-D打印技术
• 组织工程软骨
• 软骨下骨
• 微结构参数
• 软骨修复
• 兔

目的基于3-D打印技术探索骨软骨组织工程修复过程中,新生软骨下骨微结构参数变化规律及其与软骨修复间关系,为功能化组织工程软骨构建奠定基础。方法应用3-D打印技术制备双相聚乙二醇/β-磷酸三钙骨软骨复合支架。取40只6月龄雄性新西兰白兔(体重2.53.5 kg),于右膝滑车部位建立直径4.8 mm、深7.5 mm骨软骨缺损模型,左侧不制备缺损为假手术组;将支架分别植入35只兔骨软骨缺损作为实验组,余5只不植入支架作为空白对照组。实验组和假手术组分别于术后1、2、4、8、16、24、52周,空白对照组于术后24周取材(n=5),行大体及组织学观察,并根据Wayne评分体系进行评分;行Micro-CT扫描及三维重建检测新生软骨下骨微结构参数:骨体积分数(bone volume fraction,BV/TV)、骨表面积分数(bone surface area fraction,BSA/BV)、骨小梁厚度(trabecular thickness,Tb.Th)、骨小梁数量(trabecular number,Tb.N)及骨小梁分离度(trabecular spacing,Tb.Sp)。采用Pearson相关分析软骨下骨微结构参数与软骨修复大体及组织学评分间的相关性。结果实验组术后软骨明显修复,52周时以透明软骨为主,出现潮线结构;Wayne评分显示,实验组24、52周评分均显著高于16周(P<0.05),24周及52周间差异无统计学意义(P>0.05);但各时间点实验组评分均低于假手术组(P<0.05)。实验组修复的软骨下骨逐渐从缺损周围向中央迁移,24、52周时形成软骨下骨板结构。修复术后BV/TV、BSA/BV、Tb.N均呈"双峰"样变化过程,分别在2、16周达峰值;Tb.Sp变化规律与BV/TV、BSA/BV、Tb.N相反;Tb.Th整个过程中变化不明显。相关分析显示:BV/TV、BSA/BV、Tb.Th、Tb.N、Tb.Sp与软骨修复大体及组织学评分之间均存在相关关系。结论在兔绝对尺寸骨软骨缺损修复中,软骨下骨微结构参数与软骨修复存在相关关系;完整的软骨下骨修复需经历"增殖-重建-再增殖-再重建"的"双峰"样过程,2、16周是骨增殖的2个关键时期。

• 单位
  西安交通大学第一附属医院; 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室; 西安交通大学第二附属医院