3D打印,也被称为增材制造技术,目前在医学领域尤为瞩目,这种技术有着巨大的发展潜力。金属3D打印是将数字模式文件作为模板制造物品的一种快速成型技术。在制造过程中,多种固化技术,如电子束熔融和激光束熔融被用以将金属材料粉末逐层融化后,根据预先的数据设置塑造成不同的形状。相比于传统制造工艺,3D打印的特点在于其自由的定制化和基于数字模板的铸造过程。其形态定制化、内部结构精细化的特点,使植入物最大程度匹配植入腔隙,并增强最佳的骨长入效果,达到满意的骨组织-支架的稳定性。另外,孔隙率、孔隙尺寸及形状也为预先设定的规律形状,而非传统技术制造的不规则尺寸及形状。植入物的压缩强度和弹性模量受到孔隙率的影响,故而植入物的机械性能也可以通过3D打印技术调整孔隙率来达到与人体骨骼相匹配,使得植入物的应力遮挡效应得以避免。以天然生物大分子为原材料构建的水凝胶具有良好的生物相容性,可以作为间充质干细胞的载体,为干细胞提供更多的生长增殖空间。另外,水凝胶可以提供一定的力学强度,其对于干细胞的力学刺激具有促进其成骨分化的作用。本研究旨在探究3D打印钛合金微孔支架/可注射性水凝胶复合体系对于大段骨缺损的修复能力。水凝胶的可注射性利于其与3D打印钛合金微孔支架的复合,使得水凝胶充分填充于支架内微观孔隙内部。在体外实验中,本研究证实3D打印钛合金微孔支架和可注射性水凝胶材料具有良好的生物相容性。将骨髓间充质干细胞植入该复合体中,可见3D打印钛合金微孔支架/可注射性水凝胶复合体系利于细胞的初期粘附和增殖;通过钙黄绿素染色,可观察到水凝胶对于细胞的力学刺激:其中包裹的骨髓间充质干细胞脱离原有的条索状形态,而呈现出近似球形的细胞形状。在体动物实验中,将该材料体系植入兔股骨远端骨质中并在3月后获取骨组织,利用Micro-CT分析该复合体系中骨组织长入体积(60.2mm~3)明显高于空支架组(38.3mm~3)。组织切片与Micro-CT结果一致:复合体系中骨长入面积最大。力学推出实验,证实该复合体的骨-支架整合强度(0.187kN)明显高于空支架组(0.028kN)。基于本研究的结论,得出:(1)3D打印钛合金微孔支架/可注射性水凝胶复合体系利于其中负载的骨髓间充质干细胞的粘附和增殖,并对于其细胞形态具有力学调控作用;(2)3D打印钛合金微孔支架/可注射性水凝胶复合体系利于骨组织的长入,在骨长入体积和骨-支架连接强度均显著提高。