骨骼在人体组织中如“硬汉”一般存在，撑起人体的挺拔身姿，给脏器提供保护，和骨骼肌、肌腱、韧带、关节一起让身体动起来，此外人体的代谢、造血也都需要骨骼出一份力。但是，人的骨头虽然有再生能力，自体修复却极为有限，根据具体受伤部位的不同，小面积的骨缺损一般可以自行生长恢复，但若缺损较大就需要依靠辅助手段“牵线搭桥”。3D打印骨修复材料可以针对不同受损部位，结合医学影像技术，通过电脑软件，逆向设计出填补缺损的形状，使用具有生物活性的物质或细胞相结合的材料，打印出人工骨修复填充物支架，放入缺损部位，来引导骨细胞的生长，实现个性化的修复。
3D打印调控产品的物理结构
根据中科院信息，日前，中国科学院深圳先进技术研究院医工所转化医学研究与发展中心（以下简称“转化中心”）教授秦岭、副研究员赖毓霄、研究员张鹏、副研究员王新峦团队（以下简称“团队”）研发的“含镁可降解高分子骨修复材料”进入国家食品药品监督管理总局（CFDA）医疗器械技术审评中心发布的最新一期《创新医疗器械特别审批申请审查结果公示》（2018年第7号），这是深圳市在骨科领域第2个通过CFDA创新医疗器械特别审批的产品，也是深圳市第1个获创新医疗器械特别审批的硬组织骨修复产品。该进展是转化中心技术向临床转化的一个重要的里程碑，预示着深圳先进院在3D打印骨修复材料方面的最新成果将进入临床转化快车道。相关公示已于6月27日结束。
CFDA施行的《创新医疗器械特别审批程序》对于企业所申请产品的获批条件十分严格，重点强调产品主要工作原理/作用机理为国内首创，产品性能或者安全性与同类产品比较有根本性改进，技术上处于国际领先水平，并且具有显著的临床应用价值。含镁可降解高分子骨修复材料产品由深圳先进院转化中心团队历经8年潜心钻研，利用先进的低温3D打印技术，创新地将具有促成骨和成血管活性的金属镁，均匀复合入PLGA/TCP（乙交酯-丙交酯共聚物/磷酸三钙）可降解多孔支架中，通过3D打印赋予此产品理想的促成骨仿生结构，孔隙之间具有很高的连通率，这种结构特征在组织学具有理想的骨传导作用，可提高骨细胞粘附、增殖和迁移，促进骨组织的生长。
赖毓霄介绍，“常用的生物材料多会添加一些如生长因子、蛋白因子等生物活性物质，但是存在剂量不好控制、不易保存、制备过程中容易失去活性等问题，而金属镁则不存在上述问题，镁元素属于人体必需的元素之一，几乎参与人体内所有的新陈代谢过程且具有诱导骨生长的作用；金属镁植入物能积极有效地刺激新骨形成，这将有利于骨折、骨缺损的愈合和骨组织再生，团队针对相关技术已于2014年取得发明专利授权。”
在体内外研究中，含镁可降解高分子骨修复材料显示出良好的生物相容性和生物活性，具有与松质骨相匹配的力学强度和可显著提高植入部位新骨再生和血管生成的作用。通过3D打印技术，科研人员可以调控镁的浓度和分布，设计微观结构，让它最有利于骨组织再生；同时设计宏观结构，让打印出的支架和受损部位的形状、尺寸相吻合，同时，骨修复材料的降解速度也可以调控。
含镁可降解骨修复材料
根据中科院信息，市面上非动物源性人工骨修复材料从组分上大致分为生物玻璃、磷酸钙、硫酸钙和羟基磷灰石等四大类，其成分与人体骨组织的无机成分相似，具有较好的生物安全性，但上述种类的产品存在降解性能及结构难调控的因素。团队开发的含镁可降解高分子骨修复材料，通过可降解的高分子材料包裹磷酸三钙和金属镁颗粒，实现对产品整体降解的调控。“含镁可降解高分子骨修复材料”产品利用3D打印调控产品的物理结构及磷酸三钙和金属镁在产品内部的有序分布，是一种可降解型多孔骨修复填充产品，产品力学强度与骨生长需要相匹配，适用于疾病、创伤造成的规则或不规则的骨缺损部位的填充，并促进缺损部位愈合及新骨再生。“含镁可降解高分子骨修复材料”产品的设计和制造技术处于国际领先水平，并且具有显著的临床应用价值，这是深圳先进院在3D打印生物材料领域所取得的一个突破性进展和技术落地应用的新里程碑。
目前，深圳先进院孵化的深圳中科精诚医学科技有限公司已全面启动3D打印骨修复材料的CFDA产品注册流程，建立了产品的原材料采购及质检标准、产品技术标准、生产质量管理体系及风险控制体系，即将进入临床试验，相应的千余平米标准万级GMP洁净车间及生产线已完成建造验收并投入使用。
据了解，自2014年3月1日CFDA施行《创新医疗器械特别审批程序（试行）》（食药监械管〔2014〕13号）以来，截至2018年6月27日，我国共批准了183个医疗器械产品进入创新医疗器械特别审批程序，统计全国范围内关于骨科类的创新医疗器械共批准11个项目，深圳市仅获批2项，而深圳市批准进入创新医疗器械特别审批程序的企业统计总共有14家。创新医疗器械特别审批程序是CFDA为促进医疗器械创新发展而推出的重要措施，通过的申报项目在注册与传统审批时间相比大大缩减，尤其是针对需上报国家局审批的三类境内产品，企业注册产品将有望更快获批上市。“含镁可降解高分子骨修复材料”产品依托深圳中科精诚医学科技有限公司申请，已于6月27日结束公示，这将是深圳市第1个获创新医疗器械特别审批的硬组织骨修复产品。
3D科学谷Review
根据3D科学谷的市场观察，在可降解骨支架方面，已有成功植入人体的案例。美国西北大学的Shah TEAM 实验室开发的颗粒悬浮状油墨是在聚合物溶剂中混入功能性的羟基磷灰石，该成分是骨骼中重要的矿物成分。使用这种油墨可打印出骨骼修复支架，在经过清洗、消毒之后可直接进行手术植入，在植入体内后体内的骨细胞会逐渐在支架中生长，逐渐形成新的骨骼组织，聚合物材料将在体内被降解吸收，而在3D打印聚合物支架上生长出来的骨头将与周边组织融为一体。
根据3D科学谷的市场观察，在可降解骨支架商业转化方面，欧洲的RESTORATION研究项目和他们的合作伙伴 JRI骨科（Orthopaedics）开发出了新的可吸收生物陶瓷材料，可用于三种不同的应用：下颌骨、脊椎和膝盖，这些产品可以应用在局部的关节缺陷区域，并且通过微创手术减轻患者的痛苦。JRI骨科是一家英国整形外科植入物和外科手术仪器的制造商，基于项目的研究结果，JRI骨科会做进一步的研发，创造出一些自己的产品，比如可以用做骨填充的生物陶瓷，和3D打印用于治疗骨骼软骨缺损的插头等。RESTORATION项目开发的生物陶瓷还用于锥体修复和颌面骨折修复方面。而根据3D科学谷的市场观察，爱康医疗于2018年4月宣布拟向Orthopaedic Research UK收购目标公司英国骨科领导品牌JRI Orthopaedics Limited全部已发行股本，代价约1.84亿（约1673万英镑）港元。可以说爱康通过对于JRI的收购，不仅进一步升级爱康医疗高端市场的产品组合，帮助爱康进军国际市场，还进一步布局了JRI可吸收生物陶瓷材料的技术。
研发方面，中国科学院上海硅酸盐研究所研究员吴成铁与常江带领的研究团队，在3D打印复杂结构生物陶瓷用于血管化大块骨缺损修复方面取得了进展。研究团队设计3D打印骨缺损修复支架时采用仿生莲藕结构，体内动物实验表明，该仿生莲藕生物支架提高了骨组织再生能力和成血管化效应，有利于骨缺损的修复。与传统的3D生物活性支架相比，该3D打印仿生莲藕生物支架更有利于营养物质向支架内部的传输，引导细胞和组织向内长入，从而促进前期的成血管以及后期的成骨，提高了骨缺损的修复性能。
临床方面，根据3D科学谷的市场观察，2018年2月，西京医院骨科开展了3D打印支架长段骨缺损修复的临床试验。3D打印支架由西安点云生物科技有限公司采用无丝3D打印技术为患者量身定制，材料为生物相容性的陶瓷复合材料，能够在诱导患者自身新骨生成的同时逐渐降解，最终被患者的新生骨组织完全替代，无需二次手术取出，降低植入物在体内长期存在的潜在风险。
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