3D打印生物可降解WE43镁合金支架的生物相容性及对骨缺损的治疗

摘要

目的：探讨3D打印工艺制造的多孔WE43镁合金支架的生物相容性，并观察其治疗新西兰大白兔股骨缺损的效果。方法：利用Sprague Dawley(S-D)大鼠骨髓间充质干细胞进行体外细胞毒性试验，根据培养液不同将细胞分为100%浸提液组、50%浸提液组、10%浸提液组及对照组，将各组细胞分别培养1、 3及7 d后，采用细胞计数试剂盒8(cell counting kit-8,CCK-8)法测定各组细胞活性。体内实验中，随机将3.0～3.5 kg新西兰大白兔分成实验组、骨水泥组与空白组3组，每组9只，每只均对左侧股骨外侧髁进行手术，利用骨钻制造直径5 mm、深6 mm的骨缺损，其中实验组植入WE43镁合金支架，骨水泥组植入硫酸钙骨水泥，空白组不做植入。在术后4、 8与12周分别对每组3只进行二氧化碳麻醉法安乐死，对股骨及重要内脏器官进行取材，对左股骨外侧髁进行微计算机断层扫描(micro-computed tomography, Micro-CT)。对重要内脏器官制备切片，并使用苏木精-伊红(hematoxylin-eosin, HE)染色，对股骨外侧髁制作硬组织切磨片，使用亚甲基蓝酸性品红染色，在显微镜下观察。结果：细胞毒性试验中，培养1 d时，100%浸提液组细胞存活率高于对照组(140.56%vs. 100.00%,P<0.05);培养3 d时，各组细胞存活率差异无统计学意义(P>0.05);培养7 d时，100%浸提液组细胞存活率低于对照组(68.64%vs. 100.00%,P<0.05)。体内实验中Micro-CT扫描发现实验组在4周时大部分支架均已降解，高密度的支架所剩很少，12周时已无明显支架轮廓。在4周时，WE43镁合金支架周围有一定量气体生成，在8～12周时，气体明显减少。硬组织切磨片显示，实验组4周时支架周围有一定量细胞外基质和类骨质生成，骨水泥组中硫酸钙骨水泥已大部分降解，8周时实验组支架及其降解产物周围的类骨质明显增多，12周时实验组支架周围有新生骨与支架接触，骨水泥组与空白组新生骨较少。结论：3D打印工艺制造的多孔WE43镁合金支架生物相容性良好，具有良好的成骨性能，有潜力成为修补骨缺损的新型材料。

关键词

生物可降解植入物 / 骨移植物 / 镁合金 / 3D打印 / 骨缺损