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研究背景由于外伤、肿瘤、炎症等因素所导致的大段下颌骨缺损,临床上常采用自体骨移植修复。但是,自体骨移植存在供骨量有限,且可能伴有供区畸形、疼痛等并发症。同种异体下颌骨具有与宿主骨相似的外形轮廓和内部结构,避免了因获取自体骨所造成的二次创伤,成为自体骨移植的替代方法。许多研究证实经过物理化学处理的同种异体骨免疫原性较低,生物力学强度与宿主骨相接近,是较合适的骨缺损修复材料[1-2]。许亦权等应用冷冻/冻干同种异体下颌骨修复犬颞下颌关节及下颌骨缺损,所有动物均获得了临床愈合[3]。李祖兵等应用冻干同种异体下颌骨修复7例大段下颌骨缺损,所有病例均获得较好的修复效果[4]。但是,同种异体骨移植后骨融合缓慢,单独应用同种异体下颌骨常常因感染、骨吸收、免疫排斥等因素影响修复效果[5-7]。为了提高同种异体骨移植后的成功率,学者们采用复合自体骨颗粒、自体骨髓、生长因子等方法来促进同种异体下颌骨移植后的成活[8-10]。有研究采用冷冻同种异体下颌骨复合自体髂骨松质骨颗粒成功修复了 4例大段下颌骨缺损[10]。但是,自体骨髓来源有限,促进骨生长能力受患者自身状况影响,其临床应用受到限制。骨组织工程为大段下颌骨缺损的修复带来了新的希望。但是,大段下颌骨缺损的修复重建要求骨组织工程支架具有与缺损区相同的外形结构和相似的力学强度,目前所应用的支架材料的强度尚无法满足要求。经过处理的同种异体下颌骨可以满足修复需求,是较合适的支架材料。钛合金是临床上常用的人工骨修复材料,随着计算机辅助设计软件和3D打印设备的快速发展,3D打印技术制作的网状钛合金支架具有个性化外形结构和可调控的力学强度,可能是较合适的骨组织工程支架。那么,这两种支架材料能否应用于下颌骨缺损的临床治疗呢,效果有无差别?这需要我们研究。目的探索和比较3D打印个性化钛合金和冷冻干燥同种异体下颌骨修复下颌骨缺损的可行性,为其应用于下颌骨缺损的临床修复提供参考依据。方法1分离培养和鉴定比格犬骨髓来源间充质干细胞。2制备同种异体冻干下颌骨。建立犬下颌骨节段性缺损模型,随机分为3组,分别接受冻干同种异体下颌骨修复;冻干同种异体下颌骨复合自体骨髓间充质干细胞修复;冻干同种异体下颌骨复合同种异体骨髓间充质干细胞修复。采用大体观察,CT扫描,显微CT及组织学评估修复效果。3通过细胞毒性试验,溶血试验,皮肤刺激试验及皮肤致敏试验评价和比较不同3D打印技术制备的钛合金试样的生物相容性。4电子束选区熔化技术制作三维网状钛合金支架。采用壳聚糖、Bio-Oss骨粉和β-甘油磷酸钠制备温敏型水凝胶。骨髓间充质干细胞与水凝胶共培养,CCK-8和死活细胞染色观察细胞在水凝胶中的生长情况。建立比格犬下颌骨体部缺损,随机分为3组,分别接受单纯网状钛合金支架;网状钛合金支架复合壳聚糖/Bio-OSS水凝胶;网状钛合金支架复合壳聚糖/Bio-Oss和同种异体骨髓间充质干细胞修复。采用大体观察、CT、显微CT和组织学检测评估修复效果。5建立比格犬包括颞下颌关节的半侧下颌骨缺损,采用冻干同种异体下颌骨、3D打印个性化实性和网状钛合金修复体修复。通过大体观察、CT及组织学检测来比较三种修复方法的术中操作、外观恢复情况,对非手术侧颞下颌关节的影响,以及对肝脏和肾脏组织的影响。结果1采用密度梯度离心法成功分离培养比格犬骨髓间充质干细胞,所分离细胞具有良好的增殖能力和多向分化能力。2应用同种异体下颌骨移植修复节段性缺损后,术区完全愈合,外形恢复良好。术后CT显示单纯同种异体下颌骨修复组的移植体吸收不明显,复合干细胞的两组移植体体积明显减小。显微CT显示复合同种异体干细胞组和自体干细胞组移植体之间的骨相关参数无明显差异(P>0. 05),与单纯修复组相比较,两组移植体新骨形成量明显多于单纯修复组,差异有统计学意义(P<0. 05) 。组织学检测显示,复合同种异体干细胞组和自体干细胞组的移植体有明显的新骨形成,而单纯修复组新骨形成量较少。3体外细胞试验结果显示电子束选区熔化和选择性激光熔化制备的钛合金试样对犬骨髓间充质干细胞的生长和成骨分化能力没有明显影响,两种试样之间没有明显差异(p>0. 05)。溶血试验结果显示,两种钛合金试样料的溶血率分别为2. 24%和2.46%,均小于5%,提示两种钛合金材料均具有良好的血液相容性。皮肤刺激试验和迟发型超敏反应最大剂量试验结果显示,两种钛合金材料没有潜在的皮肤刺激性和致敏性。4制备的壳聚糖/Bio-Oss水凝胶具有温敏性,在室温下为溶液,在37℃条件下转化为凝胶,所需时间约为10-12min。CCK-8和死活细胞染色结果显示,骨髓间充质干细胞在壳聚糖/Bio-Oss水凝胶中生长良好,活性未受影响。应用3D打印网状钛合金修复下颌骨缺损后,移植体未出现松动、暴露或折断,所有动物均达到临床愈合。术后CT显示网状支架与断端固位良好,未引起周围骨吸收。显微CT显示,复合壳聚糖/Bio-Oss/BMSCs水凝胶的网状钛合金支架组新骨形成量多于复合壳聚糖/Bio-Oss组(p<0. 05);两组网状支架内的新骨形成量明显多于单纯网状支架修复组(p<0.05)。组织学检测显示,术后6个月,3组网状支架近宿主骨端均有明显新骨形成,复合壳聚糖/Bio-Oss/BMSCs和复合壳聚糖/Bio-Oss组的网眼内的新骨量明显多于单纯网状支架修复组,复合壳聚糖/Bio-Oss/BMSCs水凝胶的网状支架内新骨量最多。5冻干同种异体下颌骨、3D打印个性化实性修复体和3D打印个性化网状修复体术中操作均较方便。同种异体下颌骨术中需要对其进行塑形,而3D打印实性和网状钛合金修复体均不需要塑形。3组修复体修复后,下颌骨外形轮廓恢复较好,面部对称,咬合关系良好。术后CT显示双侧颞下颌关节位置关系未见明显异常。扫描电镜和组织学检测结果显示,三组动物非手术侧关节盘均有退行性变。结论1电子束选区熔化和选择性激光熔化制备的钛合金材料均具有良好的生物相容性,两者之间没有统计学差异。2冻干同种异体下颌骨和电子束选区熔化网状钛合金均可以作为骨组织工程支架修复下颌骨缺损。同种异体下颌骨复合骨髓间充质干细胞后具有较高的成骨能力。复合干细胞和成骨材料能够促进网状钛合金支架内的新骨形成新骨,但是骨再生速度较慢,新生骨量尚不足。今后,还需采用增加促骨生长因子及促血管生长因子等方法来改善成骨速度和成骨质量。3同种异体骨髓间充质干细胞和自体骨髓间充质干细胞均能提高移植体的成骨速度和质量,两者之间没有统计学差异。同种异体骨髓间充质干细胞有望成为骨组织工程种子细胞来源。4冷冻干燥同种异体下颌骨和3D打印个性钛合金修复体均具有操作方便,可个性化修复的优势。三组修复体均能很好地恢复下颌骨缺损区的外形和重建颞下颌关节,是较好的大段下颌骨缺损修复方法。