【解析】構(gòu)建骨組織工程支架中應(yīng)用的3D打印技術(shù)

骨具有強(qiáng)大的自我修復(fù)的能力,，但無(wú)法完全修復(fù)大體積的骨缺損。全世界每年骨缺損的患者數(shù)以千萬(wàn)計(jì),，因腫瘤和創(chuàng)傷而造成的大體積骨缺損是臨床上進(jìn)行骨修復(fù)和移植的主要原因,。治療骨缺損最理想的材料就是自體骨，但是自體骨來(lái)源有限,，同時(shí)增加了患者的痛苦,，不能滿(mǎn)足臨床需要。骨組織工程的出現(xiàn),，為這一難題提出了新思路,。骨組織工程基本出發(fā)點(diǎn)是以“誘導(dǎo)成骨”的方式而非單純以“爬行替代”的方式實(shí)現(xiàn)骨的修復(fù)和再生。近年來(lái),，隨著骨組織工程的研究深入,，支架材料的制備以及其制備的方法也成為研究重點(diǎn)。  

骨組織工程支架的傳統(tǒng)制備方法包括溶液澆鑄/離子洗出法,、原位成型法,、靜電紡絲法、相分離/凍干法,、氣體成孔法等,，雖然這些工藝也獲得了但比較滿(mǎn)意的效果，但不能實(shí)現(xiàn)對(duì)支架材料和孔隙結(jié)構(gòu)的精確控制,，結(jié)構(gòu)形狀也無(wú)法做到與骨缺損部位的解剖結(jié)構(gòu)完全契合,，從而不能實(shí)現(xiàn)個(gè)性化植入物的制備。  

3D打印技術(shù)的出現(xiàn),，有效地彌補(bǔ)了這些不足,，迅速在骨組織工程支架成型中得到廣泛應(yīng)用。3D打印技術(shù)為快速成型技術(shù)的一種,，是一種基于三維數(shù)字模型,，應(yīng)用粉末狀或液體的金屬或塑料等可黏合材料，通過(guò)逐層打印方式來(lái)構(gòu)造實(shí)物的技術(shù),。由于其無(wú)需模具，可直接根據(jù)計(jì)算機(jī)三維圖形數(shù)據(jù)“打印”出任何形狀物品,，甚至能夠控制所打印物品內(nèi)部細(xì)微結(jié)構(gòu),，這使3D打印技術(shù)在構(gòu)建骨組織工程支架的優(yōu)勢(shì)得以體現(xiàn),。雖然3D打印技術(shù)應(yīng)用于骨組織工程支架的構(gòu)建具有很多優(yōu)勢(shì)，但仍處于起步階段,，應(yīng)用于臨床扔面臨很多挑戰(zhàn),。  本篇綜述主要包括4個(gè)部分，分別為骨組織工程支架,、骨組織工程支架中的3D打印技術(shù),、用于3D打印構(gòu)造骨組織工程支架的材料和討論。   

1  資料和方法
1.1  資料來(lái)源  
第一作者應(yīng)用計(jì)算機(jī)檢索1990年1月至2015年2月MEDLINE數(shù)據(jù)庫(kù),、Science Direct數(shù)據(jù)庫(kù),、中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù)、維普中文期刊網(wǎng)等有關(guān)3D打印技術(shù)在構(gòu)建骨組織工程支架中應(yīng)用的文章,，英文檢索詞“three-dimensional printing,， tissue engineering，rapid prototyping technology,，scaffold,， materials ”， 中文檢索詞“3D打印,、組織工程學(xué),、快速成型技術(shù)， 支架,、材料”,，排除重復(fù)性研究。共檢索到52篇相關(guān)文獻(xiàn),，其中外文文獻(xiàn)40篇,，中文文獻(xiàn)12篇。

1.2  納入和排除標(biāo)準(zhǔn)  
納入標(biāo)準(zhǔn)：
①文章所述內(nèi)容需為骨組織工程支架構(gòu) 建的論著或綜述類(lèi)文章,，以及與3D打印技術(shù)領(lǐng)域研究成果相關(guān)的文章,。
②同一領(lǐng)域選擇近期發(fā)表或在權(quán)威雜志上發(fā)表的文章。
③文章述及3D打印技術(shù)應(yīng)用于支架構(gòu)建及兩者之間的關(guān)系,，闡述其特點(diǎn)及優(yōu)越性并提供充足的理由,。
④在涉及材料對(duì)比與選擇實(shí)驗(yàn)的文章中，選擇設(shè)計(jì)合理,、干預(yù)和對(duì)照的措施明確的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)文章,。  
排除標(biāo)準(zhǔn)：
①重復(fù)性研究。
②實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不合理的文 章,。  

1.3  數(shù)據(jù)的提取  
計(jì)算機(jī)初檢得到52篇文獻(xiàn),，閱讀標(biāo)題和摘要初篩，排除中英文文獻(xiàn)重復(fù)報(bào)道的內(nèi)容,，及與3D打印或骨組織工程支架不相關(guān)的內(nèi)容,。  

2  結(jié)果
2.1  納入資料基本概況  
符合納入標(biāo)準(zhǔn)的33篇文獻(xiàn)中,，文獻(xiàn)是關(guān)于骨缺損治療相關(guān)報(bào)道，文獻(xiàn)是有關(guān)傳統(tǒng)支架制備方法的相關(guān)報(bào)道,，文獻(xiàn)是關(guān)于支架所需具備的條件相關(guān)報(bào)道,，文獻(xiàn)是關(guān)于3D 打印技術(shù)優(yōu)勢(shì)及要求的相關(guān)報(bào)道，文獻(xiàn)是關(guān)于不同材料的特性及應(yīng)用進(jìn)展的相關(guān)報(bào)道,，文獻(xiàn)是有關(guān)3D存在局限性與未來(lái)發(fā)展方向的相關(guān)報(bào)道,。

2.2  納入資料的研究結(jié)果特征   
2.2.1  骨組織工程支架  
在骨組織工程的3個(gè)基本要素中(種子細(xì)胞、支架材料和生長(zhǎng)因子),，支架材料無(wú)疑有著舉足輕重的作用,，因?yàn)橐环矫妫�它是信�?hào)分子或靶細(xì)胞載體,，另一方面,，它還提供了新骨生長(zhǎng)的支架[8]。  在骨組織工程中,，理想的支架材料應(yīng)具有以下條件：
①骨傳導(dǎo)性：材料能為新組織的生長(zhǎng)提供通道或媒介的能力,。
②骨誘導(dǎo)性：材料可以刺激骨組織的生長(zhǎng)。
③良好的生物相容性：材料能促進(jìn)種子細(xì)胞的黏附和增殖分化,。
④良好的生物降解性,。
⑤足夠的力學(xué)性能。
⑥三維多孔結(jié)構(gòu),，能為種子細(xì)胞的生長(zhǎng)提供空間,。
⑦較易加工和消毒性能等。

而對(duì)于支架的設(shè)計(jì),，需考慮以下3個(gè)方面：
①能為細(xì)胞提供黏附,、分化、增殖或遷移的基礎(chǔ),，支架的孔徑尺寸及結(jié)構(gòu),、孔隙率以及表面化學(xué)性質(zhì)是影響因素。
②合適的力學(xué)強(qiáng)度,。
③符合取代部位的解剖學(xué)形態(tài),。

圖1  3D打印基本流程

圖注：圖中A，B為第1和第2步：滾軸將薄薄一層原料粉末鋪在工作臺(tái)上,；C為第3步：噴頭將含有黏結(jié)劑的液滴局部噴在粉末床上,， 黏結(jié)劑周?chē)�的粉末與黏結(jié)劑結(jié)合，使噴過(guò)黏結(jié)劑周?chē)�的粉末局部凝��,，�?gòu)成最終成品三維結(jié)構(gòu)的一小部分,；D為第4步：鋪有原料粉末的 活塞上升，而鋪有樣品粉末的活塞下降，開(kāi)始鋪新的一層粉末(重復(fù)第2步),，如此反復(fù),，直到完整的3D結(jié)構(gòu)被打印完全。

另外,，普遍認(rèn)為3D骨支架孔隙率應(yīng)大于40%-60%以利于細(xì)胞快速擴(kuò)散和細(xì)胞營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的流動(dòng)，同時(shí)有利于細(xì)胞的轉(zhuǎn)移,。所以設(shè)計(jì)與制備支架時(shí)需注意與重視骨組織工程支架的要求,，選擇最恰當(dāng)?shù)姆椒ㄅc材料。  

2.2.2  骨組織工程支架中的3D打印技術(shù)  
3D打印技術(shù)概況：3D打印技術(shù)是最早于1989年由麻省理工學(xué)院的Emanual Sachs等報(bào)道,，是一種按需噴射的微滴噴射技術(shù),。3D打印系統(tǒng)是在廉價(jià)的商用打印機(jī)系統(tǒng)上加以改進(jìn)，增加z軸的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng),，采用系統(tǒng)原有的噴墨裝置或經(jīng)過(guò)改裝的注射器陣列實(shí)現(xiàn)材料的離散形成,。利用這種技術(shù)在制備骨組織工程支架時(shí)，一般通過(guò)打印機(jī)將儲(chǔ)存于其中的具有骨修復(fù)功能的粉末材料和黏結(jié)劑逐層打印出模型結(jié)構(gòu),，黏結(jié)劑用于將粉末粒子之間和層與層之間黏結(jié),，使其更加穩(wěn)固，最終可形成所需要的骨組織工程三維支架材料,。打印材料的微觀結(jié)構(gòu)可以通過(guò)很多參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié),，例如改變黏結(jié)劑的流速，打印的速度及沉積位置等,。  

3D打印技術(shù)相較于其他快速成型技術(shù),，具有的優(yōu)勢(shì)有：
①高精度：即高分辨率。
②可以同時(shí)打印種子細(xì)胞和支架材料,，更利于整體三維結(jié)構(gòu)的構(gòu)建,。
③構(gòu)建速度快。
④可按需構(gòu)建模型,，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化需求,。
⑤可根據(jù)需 要設(shè)定特定的孔隙率、交聯(lián),，可顯著提高支架的生物學(xué)及力學(xué)性能從而促進(jìn)骨組織生長(zhǎng)及骨折愈合,。另外，從材料的角度來(lái)說(shuō),，幾乎所有種類(lèi)的粉末只要能夠與黏結(jié)劑結(jié)合都可以被用來(lái)打印,。  

3D打印的可伸縮性又使得所打印物品的大小可以從幾毫米到幾米。這些特性大大增加了3D打印使用的自由度[14],。這些優(yōu)點(diǎn)為3D打印技術(shù)應(yīng)用于骨組織工程支架構(gòu)建提供了理論基礎(chǔ),，也成為投入大量研究于此方法的意義所在。   3D打印技術(shù)基本流程：簡(jiǎn)單概括為：鋪撒粉末、單層印刷,、活塞下降,、往復(fù)運(yùn)動(dòng)和印刷形成5個(gè)階段，基本流程如圖1所示,。  

3D打印應(yīng)用于支架構(gòu)造的要求：3D打印應(yīng)用于支架構(gòu)造時(shí),，所用粉末和黏合劑需具備一定的條件。粉末要具有一定的流動(dòng)性,、穩(wěn)定性和可濕性,。而粉末與黏合劑之間的反應(yīng)性在3D打印中也起到重要作用。

⑴流動(dòng)性：所用粉末材料要具有一定的流動(dòng)性,。良好的流動(dòng)性可以保證滾軸可將粉末鋪成薄薄的一層,，同時(shí)也利于最終除去多余的粉末。另外,，良好的流動(dòng)性提供了高分辨率的打印效果,，也成為3D打印高精度特性的深層原因之一。  流動(dòng)性主要取決于粒子大小和形狀,，粒子越小,、形狀越類(lèi)似球形，則流動(dòng)性越大,。有研究證實(shí)分辨率至少是粒子大小的2倍,，所以高精度的打印效果依賴(lài)于選擇細(xì)小的粉末。然而,，過(guò)小的粉末由于內(nèi)部特殊作用力的原因容易結(jié)塊,，導(dǎo)致流動(dòng)性減低。所以在流動(dòng)性與分辨率之間必須找一個(gè)平衡點(diǎn),。  

⑵穩(wěn)定性：粉末的穩(wěn)定性在噴黏結(jié)劑時(shí)尤其重要,。當(dāng)噴頭噴黏結(jié)劑時(shí)，體積大約30 pL的液滴以6 m/s的速度沖擊松散的粉末床,，這樣會(huì)形成類(lèi)似彈道的一個(gè)凹陷,，底部是液滴。速度每增加1 m/s,，則受影響的范圍直徑增加5-10 μm,。  當(dāng)重新涂布時(shí)，最上面一層收到剪切力的影響,，很有可能造成所打印出的薄層結(jié)構(gòu)移位,，影響最終成品的準(zhǔn)確度和完整性。除了此種橫向移位,，由重力所產(chǎn)生的壓縮負(fù)荷會(huì)使所打印出薄層結(jié)構(gòu)的縱向位移,。因此,，提高穩(wěn)定性、避免這些影響可以從提高黏合強(qiáng)度入手,，如添加少量水或者增加粉末床的堆積密度,。  

⑶可濕性：粉末的可濕性是另一項(xiàng)重要的要求，它直接影響了打印精確程度和三維結(jié)構(gòu)的原始強(qiáng)度,。但太強(qiáng)的可濕性又造成黏結(jié)劑擴(kuò)散范圍太大,，降低了打印分辨率。而太弱的可濕性則會(huì)由于太大的接觸角或黏結(jié)劑的高黏度而造成相鄰層之間的錯(cuò)位,，最終降低機(jī)械完整性,。  粉末的可濕性取決于多種因素，包括粉末與黏結(jié)劑的接觸角,、黏結(jié)劑噴射速度、粉末床表面的形勢(shì)以及粉末與黏結(jié)劑之間的化學(xué)作用等,。目前很難得到可靠的數(shù)據(jù)來(lái)定量分析物體的接觸角,，尤其對(duì)于粉末更加困難。雖然有一些方法用來(lái)研究粒子與黏結(jié)劑之間的相互作用,，如動(dòng)力學(xué)液滴形狀分析,，毛細(xì)上升方法，粒子流動(dòng)的方法,，但仍處于初級(jí)階段,，理解尚淺。  

⑷反應(yīng)性：粉末與黏結(jié)劑的反應(yīng)性在3D打印中也起到重要作用,。太高的反應(yīng)性會(huì)限制黏結(jié)劑的擴(kuò)散,，而低反應(yīng)性需黏結(jié)劑涂布更加集中。所以反應(yīng)性能夠影響層與層之間的黏合,，最終影響打印的精確度,。  對(duì)于那些完成3D打印后需經(jīng)燒結(jié)處理的支架來(lái)說(shuō)，因?yàn)轲そY(jié)劑受燃燒影響受損會(huì)導(dǎo)致最終成品的強(qiáng)度降低,。因此想保證足夠的的機(jī)械穩(wěn)定性和強(qiáng)度,，就必須降低黏結(jié)劑的集中程度。  

2.2.3  用于3D打印構(gòu)造骨組織工程支架的材料
骨組織工程支架構(gòu)建的材料根據(jù)其性能主要包括人工合成多聚體類(lèi),、天然高分子聚合物,、生物陶瓷及它們的混合物。目前應(yīng)用最多且最有應(yīng)用潛力的為生物陶瓷材料,，以下作重點(diǎn)介紹,。

人工合成多聚體：這類(lèi)材料以聚乳酸(PLA)，聚羥基 乙酸(PGA)及其共聚物(PLGA)為代表,。這類(lèi)聚合物屬熱塑性材料,，可加工成各種結(jié)構(gòu)形狀，并且可以通過(guò)調(diào)增分子量、選擇不同聚合方式及成型手段調(diào)節(jié)并控制材料的力學(xué)性能和降解速度,。因其降解產(chǎn)物無(wú)毒及良好的生物相容性,，PLA和PGA已經(jīng)通過(guò)美國(guó)FDA的批準(zhǔn)，許可 作為植入物,。  

Vacanti等首先將PGA,、PLA用作軟骨細(xì)胞體外培養(yǎng)基質(zhì)材料，通過(guò)組織工程方法獲得新生軟骨成功,。Sherwood等通過(guò)3D打印技術(shù),，制備了上層組分為PLGA/PLLA，下層為PLGA/TCP的軟骨-骨復(fù)合支架,。研究發(fā)現(xiàn)軟骨細(xì)胞更傾向于黏附于支架的軟骨支架區(qū),，培養(yǎng)6周后可以看到軟骨組織的形成。支架的成骨區(qū)力學(xué)強(qiáng)度可以達(dá)到與人新生松質(zhì)骨同一數(shù)量級(jí),。該研究為完全關(guān)節(jié)重建技術(shù)提供了一種新的方案,。  

Tay等用3D打印技術(shù)將聚己內(nèi)酯和聚乙烯醇的混合粉末制成準(zhǔn)支架，然后再用微粒過(guò)濾法將聚乙烯醇除去得到多孔的支架,。過(guò)濾后的支架疏松柔軟,，孔的結(jié)構(gòu)具有高的連通性。  但是人工合成多聚體一般水溶性差,，所以溶解其需用到有機(jī)溶劑(如氯仿),。氯仿是一種有毒的溶劑，殘留在體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生毒害作用,。雖然利用氯仿提取技術(shù)可以減少氯仿,，但是仍存在氯仿殘留在支架內(nèi)的風(fēng)險(xiǎn)。另外有機(jī)溶劑的使用明顯增加了成本和生產(chǎn)難度,，為大規(guī)模批量生產(chǎn)醫(yī)用級(jí)支架材料制造了難題,。  

天然高分子聚合物：天然高分子聚合物包括膠原、 纖維蛋白,、甲殼素及其衍生物和藻酸鹽等,，這些天然聚合物生物相容性好，具有細(xì)胞識(shí)別信號(hào)(如某些氨基酸序列),，利于細(xì)胞黏附,、增殖和分化。天然高分子聚合物一般水溶性較好,，可以與無(wú)需溶劑溶解的黏結(jié)劑結(jié)合,。所以大量的天然高分子聚合物用于醫(yī)學(xué)支架材料的打印。但它們存在一些缺點(diǎn),，如難以大量獲取,、降解時(shí)難以控制等,，故很難單獨(dú)作為組織工程中成骨性細(xì)胞種植的載體。但其最大的缺點(diǎn)是缺乏一定的機(jī)械強(qiáng)度,，難以單獨(dú)用作成骨細(xì)胞培養(yǎng)基質(zhì)材料,，可作為良好的材料包埋和添加劑。  

生物陶瓷：以磷酸三鈣(tricalciumphosphate,，TCP) 和羥基磷灰石(hydroxylapatite,，HA)為代表的磷酸鈣鹽陶瓷是廣泛應(yīng)用的骨替代材料之一，它們都具有優(yōu)異的骨傳導(dǎo)性能,，可不同程度地整合入宿主骨,。磷酸三鈣在人的骨骼中普遍存在，是一種良好的骨修復(fù)材料,。  磷酸三鈣植入人體后,，能在體內(nèi)降解為新骨的形成，提供較豐富的Ca和P[25],，由于此特性,，以磷酸三鈣為基料的人工骨材料的研究與應(yīng)用也是當(dāng)今骨組織工程支架發(fā)展的活躍領(lǐng)域。但是,，單純的支架的打印似乎已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足對(duì)最后成骨效果的期待。

近年來(lái),，支架載藥已成為研究熱點(diǎn),，通過(guò)添加藥物的方式來(lái)調(diào)節(jié)微環(huán)境，促進(jìn)成骨細(xì)胞的增殖,。袁景等利用3D打印的方法,，以β-磷酸三鈣粉末為原料，以磷酸二氫鉀為黏結(jié)劑,，制備載藥(地塞米松,、β-磷酸甘油酸鈉、維生素C)骨組織工程支架,，并與未載藥支架作對(duì)比,，結(jié)果顯示載藥β-三磷酸三鈣支架在15周內(nèi)基本降解完全，與松質(zhì)骨缺損修復(fù)時(shí)間相當(dāng),。骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞黏附于載藥β-三磷酸三鈣支架表面,，并深入支架內(nèi)部，生長(zhǎng)良好,，增值活躍,，細(xì)胞堿性磷酸酶活性有提高，說(shuō)明載藥β-三磷酸三鈣支架具有良好的細(xì)胞相容性,。另外,，將兩種生物陶瓷材料混合也呈現(xiàn)比較好的效果,。Zhou等 將磷酸鈣(CaP)與硫酸鈣(CaSO4)混合粉末做為原 料，利用3D打印組織工程支架,。結(jié)果發(fā)現(xiàn)磷酸鈣與硫酸鈣比率越高,，則支架的強(qiáng)度越大。

羥基磷灰石也是廣泛應(yīng)用于骨組織工程支架的材料,。Fierz等以羥基磷灰石和水溶性黏結(jié)劑為材料,，采用3D打印技術(shù)制備了3種類(lèi)型的圓柱狀中空骨支架，支架直徑3.9-4.2 mm,，中心管直徑0.70-0.87 mm,，所有支架微孔含量達(dá)70%，組織學(xué)分析發(fā)現(xiàn)成骨刺激祖細(xì)胞可較好地附著于支架,。羥基磷灰石一大優(yōu)勢(shì)是對(duì)骨形態(tài)發(fā)生蛋白具有較強(qiáng)的親和性,，Jun等在羥基磷灰石骨組織工程支架中加入含有骨形態(tài)發(fā)生蛋白2的涂層，并與不含骨形態(tài)發(fā)生蛋白2的羥基磷灰石支架作對(duì)比,，結(jié)果發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組的成骨細(xì)胞更加活躍,，且骨組織生長(zhǎng)情況更好，更加適合作為骨移植替代物的選擇,。而羥基磷灰石的弱點(diǎn)在于脆性較大,，而純羥基磷灰石不易被吸收，這限制了其應(yīng)用,。  

在生物陶瓷粉末的3D打印中,，常用酸來(lái)做黏結(jié)劑如磷酸和檸檬酸。少量未反應(yīng)的酸黏結(jié)劑殘留一般來(lái)講不會(huì)產(chǎn)生很大的影響,。一些酸如檸檬酸,、磷酸和草酸也存在于正常人體內(nèi)，也很容易除去 ,。剛打印成 型的支架很脆,，性質(zhì)不穩(wěn)定，為使其更加兼顧穩(wěn)定,，則需在打印完成后將其浸泡在磷酸中使其硬化,，或者采用燒結(jié)的方法使鈣磷石熱分解而逐漸形成焦磷酸 鹽，硬度增加,。  人工合成多聚體材料因其降解產(chǎn)物無(wú)毒及良好的生物相容性,，已被廣泛應(yīng)用于骨組織支架，但是由于其水溶性差而需有機(jī)溶劑的引入,，使支架內(nèi)殘留毒性物質(zhì)的風(fēng)險(xiǎn)增加,，限制了其發(fā)展。天然高分子聚合物則水溶性良好,，無(wú)需有機(jī)溶劑的使用,，而缺乏機(jī)械強(qiáng)度是其最大的缺點(diǎn),，但可作為良好的材料包埋和添加劑。  生物陶瓷既有良好的生物相容性,，同時(shí)又兼具足夠的機(jī)械強(qiáng)度,，已成為應(yīng)用最廣泛的骨組織工程支架材料之一，而幾年來(lái)支架載藥的研究又為其提供了新的發(fā)展方向,。  

3  討論
3D打印技術(shù)應(yīng)用于骨組織工程支架已取得了可喜的成果,，并且蘊(yùn)含著不可估量的前景。但是目前來(lái)講,，3D打印應(yīng)用于骨組織工程支架并不是完美的,，仍需認(rèn)識(shí)到其存在的問(wèn)題與不足。 3D打印的費(fèi)用比較昂貴,，不僅打印設(shè)備及運(yùn)行費(fèi)用較高,，其材料從前期粉末的制成到后期的燒結(jié)過(guò)程中的 花費(fèi)也不容忽視，打印1個(gè)頭顱模型的花費(fèi)高達(dá) 1 000-2 000美元,，這種花費(fèi)對(duì)于中國(guó)國(guó)情來(lái)說(shuō)并不現(xiàn)實(shí),，也限制了其在國(guó)內(nèi)的發(fā)展；實(shí)現(xiàn)個(gè)性化定制雖是3D打印的一項(xiàng)優(yōu)勢(shì),，但是,，從另一角度講不利于大規(guī)模批量的商業(yè)生產(chǎn)；由于3D打印最初用于工程學(xué)而并非醫(yī)學(xué),，應(yīng)用于支架的構(gòu)建時(shí)是一個(gè)跨學(xué)科的過(guò)程,，涉及兩個(gè)領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，而目前醫(yī)學(xué)研究人員與工程學(xué)研究人員的研究領(lǐng)域和知識(shí)構(gòu)架相對(duì)獨(dú)立,，缺乏專(zhuān)門(mén)的技術(shù)人才,，這也是今后3D打印更廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)所必須解決和改善的問(wèn)題,；另外,，在不同粉末材料的選擇上并無(wú)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，在分析各材料的優(yōu)劣性時(shí)仍無(wú)系統(tǒng)可靠的指標(biāo)或缺乏充足的實(shí)驗(yàn)證據(jù),，仍需進(jìn)一步研究從結(jié)構(gòu),、功能、臨床效果等多方面來(lái)綜合評(píng)價(jià)其材料的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn),；3D打印后的支架需保持一定的生物相容性,，如何增加材料的生物相容性及更接近體內(nèi)微環(huán)境的模擬仍需進(jìn)一步探索；細(xì)胞在3D支架材料內(nèi)部的粘附,、生長(zhǎng),、分化與細(xì)胞與環(huán)境的作用機(jī)制仍需大量研究來(lái)闡明。  

未來(lái)3D打印技術(shù)應(yīng)用于骨組織工程支架的發(fā)展方向主要包括以下3個(gè)方面：
①結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造：制備與正常骨組織具有相似的物理,、化學(xué)和生物學(xué)功能,，具有一定生物相容性兼具一定的生物強(qiáng)度,。
②多種細(xì)胞和生長(zhǎng)因子的交互作用：考慮各種細(xì)胞以及生長(zhǎng)因子的作用，可適當(dāng)擴(kuò)大打印的單位,，直接打印出帶有血管的骨支架,。
③生物支架的保存和活性維持：需要充分考慮如何最大程度維持離體骨支架的細(xì)胞活性。

挑戰(zhàn)與希望并存,，文章看到3D打印技術(shù)在骨組織工程支架中的應(yīng)用具有巨大的前景,，只有同時(shí)接受存在的挑戰(zhàn)并逐漸克服，才能發(fā)揮其最大的價(jià)值,，為未來(lái)治療骨缺損提供效率高療效好的治療方法,。隨著3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展、人們對(duì)骨組織工程支架材料的研究,、工程學(xué)與醫(yī)學(xué)的不斷交融和相互促進(jìn),，在不久的將來(lái)3D打印一定會(huì)在骨組織工程支架的構(gòu)造領(lǐng)域中大放異彩。

編輯：南極熊
作者：于  強(qiáng),，田  京