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背景
大体积颌骨缺损的修复一直是口腔颌面外科医生面临的难题。支架材料的快速成骨和血管化是临床上应用组织工程技术修复颌骨缺损的瓶颈。血管化是成骨的基础,有学者更是将其列为继支架、种子细胞、生长因子之后的组织工程第四大要素。近年来3D打印技术的快速发展为组织工程研究带来新的支架成型方法，本课题前期研究证实应用3D打印磷酸三钙（Tricalciumphosphate,TCP）支架复合重组人骨形成蛋白（Recombinanthumanbonemor-phogeneticprotein-2,rhBMP-2）可在恒河猴背阔肌内成功构建大型预制组织工程骨，并转移修复恒河猴节段型下颌骨缺损，然而其成骨主要集中在支架表面，究其原因是支架内部血管化不足导致成骨不佳。为了进一步研究支架的血管化问题，本实验通过模拟颌骨血管结构，在支架内部通过3D打印预构仿生血管通道，引导血管快速长入支架内部，同时植入显微外科游离的、含动静脉的血管束，以期快速提高支架整体的血管化水平，为促进大型预制组织工程骨的构建并修复大型颌骨缺损创造有利条件。
为此，本课题自主研发了具有仿生血管通道的、3D打印的TCP支架，采用血管束植入和复合rhBMP-2等方法成功构建高度血管化的组织工程骨，为临床上应用组织工程骨修复大型颌骨缺损提供了新方法和理论依据。
第一部分3D打印含仿生血管通道TCP支架的制备及性能研究
目的
研发制作3D打印含仿生血管通道支架并研究其性能。
材料与方法
采用医学计算机辅助设计与制作软件3-matic设计含仿生血管通道结构的支架模型，并采用自动注浆技术制作10mm×8mm×6mm的TCP支架，将实验分组为不含血管通道组（Scaffold组）和含血管通道组（Channeledscaffold组），观察支架的孔隙、血管通道等结构，通过不同方向的压缩测试评价其力学性能，并通过接种人脐静脉内皮细胞（HumanUmbilicalVeinEndothelialCells,HUVEC）观察细胞在两种支架上的黏附增殖情况。
结果
Channeledscaffold组内部血管通道形态与原设计形态基本相符，相较于Scaffold组孔隙率较高（P＜0.001）、力学性能有一定程度下降（正面P＜0.05，侧面P＜0.01，顶面P＜0.01），但仍与松质骨接近，可以满足修复骨缺损支架材料的需要。HUVEC能大量黏附于支架上和聚集于血管通道内，4d与7d时在Channeledscaffold组上比Scaffold组上增殖更多（P＜0.001）。
结论
预构含仿生血管通道TCP支架具有较好的结构和力学性能，能满足骨组织工程支架材料的需要，HUVEC在快速黏附在其上并能实现更快的增殖，其促进血管化和成骨的能力需要进一步研究。
第二部分预构仿生血管通道联合血管束植入增强3D打印组织工程骨成骨和血管化的实验研究
目的
研究预构仿生血管通道对3D打印TCP支架的成骨和血管化的促进作用以及联合血管束植入的方式促进其成骨和血管化的效果。
材料与方法
采用明胶包裹技术将rhBMP-2复合于支架上。将实验分组为不含血管通道组(Scaffold组)、含血管通道组(Channeledscaffold组)、植入末端结扎的血管束组(Chan-neledscaffold+LVB组)、植入保持血流顺畅的血管束组(Channeledscaffold+FVB组)，每个组包含复合rhBMP-2的支架和不复合rhBMP-2的支架，通过将以上各组支架植入新西兰兔股内侧的肌袋内，2周和4周后通过血管灌注并取材，通过微计算机断层扫描术（MicroComputedTomography,Micro-CT）和组织学等方法对比其血管化和成骨效果的差异。
结果
各组支架在植入2周后即表现出一定的血管化，Channeledscaffold组和Chan-neledscaffold+LVB组相较于Scaffold组血管化有一定的提升，而Channeledscaf-fold+FVB组支架相较于Scaffold组则有更显著的血管化，血管体积分数相较于Scaf-fold组有差异（P＜0.05）、血管数目相较于Scaffold组有差异（P＜0.01），添加了rhBMP-2后各组血管化均有提升，最显著的是Channeledscaffold+FVB组，血管体积相较于scaffold组有差异（P＜0.01）、相较于Channeledscaffold组有差异（P＜0.05）、相较于Channeledscaffold+LVB组有差异（P＜0.05）。在成骨方面，只有添加了rhBMP-2的支架才能在异位获得骨生成，其各组间的差异表现跟血管化的差异表现基本相同，也是Channeledscaffold+FVB组获得了最好的骨生成效果，骨体积分数相较于scaffold组有明显差异（P＜0.05）。
4周时各组血管化进一步提升，血管体积分数上Channeledscaffold与Scaffold组有差异（P＜0.01）、Channeledscaffold+LVB与Channeledscaffold+FVB都与Scaffold组有更显著差异（P＜0.001），血管数目上Channeledscaffold+LVB、Channeledscaf-fold+FVB都与Scaffold组有差异（P＜0.01）。添加rhBMP-2后各组血管化明显提升，Channeledscaffold+FVB组血管体积分数相较于Scaffold组有显著差异（P＜0.001）、相较于Channeledscaffold组有差异（P＜0.05），血管数目相较于Scaffold组有显著差异（P＜0.001）、相较于Channeledscaffold组有较显著差异（P＜0.01）。而在成骨方面，也是Channeledscaffold+FVB组获得了最好的骨生成效果，骨体积分数相较于scaffold组有显著差异（P＜0.001）、骨小梁数目相较于Scaffold组有较显著差异（P＜0.01）。组织学切片定量统计也证实，Channeledscaffold+FVB组在支架中心区域取得了最好的成骨，分别与Scaffold组（P＜0.001）、Channeledscaffold组（P＜0.01）、Channeledscaffold+LVB组（P＜0.05）相比有统计学差异。在通道结构中也观察到血管生长引导现象，尤其在Channeledscaffold+FVB组最明显。
结论
预构仿生血管通道联合血管束植入有助于提升3D打印TCP支架的血管化和成骨效果，其血管通道结构有助于引导血管从外向内、从内向外快速生长而实现整个支架的全面血管化，复合rhBMP-2后能异位成骨，为当前组织工程领域和骨再生领域解决大面积骨缺损修复提供一种思路。
大体积颌骨缺损的修复一直是口腔颌面外科医生面临的难题。支架材料的快速成骨和血管化是临床上应用组织工程技术修复颌骨缺损的瓶颈。血管化是成骨的基础,有学者更是将其列为继支架、种子细胞、生长因子之后的组织工程第四大要素。近年来3D打印技术的快速发展为组织工程研究带来新的支架成型方法，本课题前期研究证实应用3D打印磷酸三钙（Tricalciumphosphate,TCP）支架复合重组人骨形成蛋白（Recombinanthumanbonemor-phogeneticprotein-2,rhBMP-2）可在恒河猴背阔肌内成功构建大型预制组织工程骨，并转移修复恒河猴节段型下颌骨缺损，然而其成骨主要集中在支架表面，究其原因是支架内部血管化不足导致成骨不佳。为了进一步研究支架的血管化问题，本实验通过模拟颌骨血管结构，在支架内部通过3D打印预构仿生血管通道，引导血管快速长入支架内部，同时植入显微外科游离的、含动静脉的血管束，以期快速提高支架整体的血管化水平，为促进大型预制组织工程骨的构建并修复大型颌骨缺损创造有利条件。
为此，本课题自主研发了具有仿生血管通道的、3D打印的TCP支架，采用血管束植入和复合rhBMP-2等方法成功构建高度血管化的组织工程骨，为临床上应用组织工程骨修复大型颌骨缺损提供了新方法和理论依据。
第一部分3D打印含仿生血管通道TCP支架的制备及性能研究
目的
研发制作3D打印含仿生血管通道支架并研究其性能。
材料与方法
采用医学计算机辅助设计与制作软件3-matic设计含仿生血管通道结构的支架模型，并采用自动注浆技术制作10mm×8mm×6mm的TCP支架，将实验分组为不含血管通道组（Scaffold组）和含血管通道组（Channeledscaffold组），观察支架的孔隙、血管通道等结构，通过不同方向的压缩测试评价其力学性能，并通过接种人脐静脉内皮细胞（HumanUmbilicalVeinEndothelialCells,HUVEC）观察细胞在两种支架上的黏附增殖情况。
结果
Channeledscaffold组内部血管通道形态与原设计形态基本相符，相较于Scaffold组孔隙率较高（P＜0.001）、力学性能有一定程度下降（正面P＜0.05，侧面P＜0.01，顶面P＜0.01），但仍与松质骨接近，可以满足修复骨缺损支架材料的需要。HUVEC能大量黏附于支架上和聚集于血管通道内，4d与7d时在Channeledscaffold组上比Scaffold组上增殖更多（P＜0.001）。
结论
预构含仿生血管通道TCP支架具有较好的结构和力学性能，能满足骨组织工程支架材料的需要，HUVEC在快速黏附在其上并能实现更快的增殖，其促进血管化和成骨的能力需要进一步研究。
第二部分预构仿生血管通道联合血管束植入增强3D打印组织工程骨成骨和血管化的实验研究
目的
研究预构仿生血管通道对3D打印TCP支架的成骨和血管化的促进作用以及联合血管束植入的方式促进其成骨和血管化的效果。
材料与方法
采用明胶包裹技术将rhBMP-2复合于支架上。将实验分组为不含血管通道组(Scaffold组)、含血管通道组(Channeledscaffold组)、植入末端结扎的血管束组(Chan-neledscaffold+LVB组)、植入保持血流顺畅的血管束组(Channeledscaffold+FVB组)，每个组包含复合rhBMP-2的支架和不复合rhBMP-2的支架，通过将以上各组支架植入新西兰兔股内侧的肌袋内，2周和4周后通过血管灌注并取材，通过微计算机断层扫描术（MicroComputedTomography,Micro-CT）和组织学等方法对比其血管化和成骨效果的差异。
结果
各组支架在植入2周后即表现出一定的血管化，Channeledscaffold组和Chan-neledscaffold+LVB组相较于Scaffold组血管化有一定的提升，而Channeledscaf-fold+FVB组支架相较于Scaffold组则有更显著的血管化，血管体积分数相较于Scaf-fold组有差异（P＜0.05）、血管数目相较于Scaffold组有差异（P＜0.01），添加了rhBMP-2后各组血管化均有提升，最显著的是Channeledscaffold+FVB组，血管体积相较于scaffold组有差异（P＜0.01）、相较于Channeledscaffold组有差异（P＜0.05）、相较于Channeledscaffold+LVB组有差异（P＜0.05）。在成骨方面，只有添加了rhBMP-2的支架才能在异位获得骨生成，其各组间的差异表现跟血管化的差异表现基本相同，也是Channeledscaffold+FVB组获得了最好的骨生成效果，骨体积分数相较于scaffold组有明显差异（P＜0.05）。
4周时各组血管化进一步提升，血管体积分数上Channeledscaffold与Scaffold组有差异（P＜0.01）、Channeledscaffold+LVB与Channeledscaffold+FVB都与Scaffold组有更显著差异（P＜0.001），血管数目上Channeledscaffold+LVB、Channeledscaf-fold+FVB都与Scaffold组有差异（P＜0.01）。添加rhBMP-2后各组血管化明显提升，Channeledscaffold+FVB组血管体积分数相较于Scaffold组有显著差异（P＜0.001）、相较于Channeledscaffold组有差异（P＜0.05），血管数目相较于Scaffold组有显著差异（P＜0.001）、相较于Channeledscaffold组有较显著差异（P＜0.01）。而在成骨方面，也是Channeledscaffold+FVB组获得了最好的骨生成效果，骨体积分数相较于scaffold组有显著差异（P＜0.001）、骨小梁数目相较于Scaffold组有较显著差异（P＜0.01）。组织学切片定量统计也证实，Channeledscaffold+FVB组在支架中心区域取得了最好的成骨，分别与Scaffold组（P＜0.001）、Channeledscaffold组（P＜0.01）、Channeledscaffold+LVB组（P＜0.05）相比有统计学差异。在通道结构中也观察到血管生长引导现象，尤其在Channeledscaffold+FVB组最明显。
结论
预构仿生血管通道联合血管束植入有助于提升3D打印TCP支架的血管化和成骨效果，其血管通道结构有助于引导血管从外向内、从内向外快速生长而实现整个支架的全面血管化，复合rhBMP-2后能异位成骨，为当前组织工程领域和骨再生领域解决大面积骨缺损修复提供一种思路。