如果有一天你不幸骨折了，那么一臺3D打印機和一些特殊墨水將是你的良藥。研究人員創(chuàng)造出一種叫做“超彈性骨骼”的材料，可以根據(jù)需求定制，而且具備幾乎可與真實骨骼媲美的功能，呃，至少在猴子和大鼠體內是這樣。盡管還沒做好人體移植的準備，生物工程學家對這種材料的未來持樂觀態(tài)度，該材料將使骨骼創(chuàng)傷的快速修復向前邁進一大步，不論是被癌癥嚴重破壞的骨骼，還是骨折的顱骨。

“這種材料可以幫助我們輕松地制造出骨骼替代物。”荷蘭烏得勒支大學的生物材料工程師JosMalda說，“這種材料的支架結構更易制作，優(yōu)點也更多。”如今，外科醫(yī)生用于置換損壞或缺失骨骼的材料多種多樣。使用最廣泛的方法是自體骨移植，即從患者自身骨骼取材，通常是髖部或肋骨，再將取下的骨骼移植到需要的部位。外科醫(yī)生之所以偏愛自體骨移植，是因為真正的骨骼含有干細胞，可生成軟骨和骨細胞，從而為新的移植物提供額外支撐。

（人類的帶有干細胞的部分骨骼碎片不能再生為完整的骨骼，但現(xiàn)存骨骼可向干細胞傳遞信號，指引其向哪里生長，分化為何種細胞。）此外，由于新的骨骼替代物來自患者自身，因此不存在發(fā)生免疫排斥的風險。但可用于移植的自身骨骼是有限的，而且這樣做的話，患者還需要多經歷一次痛苦的手術和恢復過程。

骨骼替代物的另外一種選擇是構建一個引導骨骼生長的支架。這些支架由天然和人工合成材料制成，相當于建筑的框架。將支架放入患者體內，干細胞就會沿著支架結構生長，并分化為骨細胞，這一過程就像建筑工人根據(jù)摩天大樓的鋼筋結構砌墻、鋪地板及安裝玻璃一樣。

至少以上是支架本來應該遵循的方式——與自體移植方法不同的是，干細胞不一定分化生長為所需的骨骼或者軟骨，這與支架的材料成分有關。研究人員已經可以成功使干細胞在一種稱為磷酸鈣（CaP）的陶瓷材料上生長，但這種材料堅硬且易碎，因而將其植入人體存在困難。

更糟的是，免疫系統(tǒng)有時會將這種支架材料視為異物而對其發(fā)起攻擊，使骨骼細胞根本無法在植入材料上生長。此外，如果要制作用于小骨骼（如面部骨骼）再生的磷酸鈣支架，醫(yī)生擔心要耗費過多的時間和金錢。

美國西北大學的研究者正致力研究一種可以彌補上述所有缺憾的材料。他們研究的這種超彈性材料由羥磷灰石（一種天然存在的礦物質，存在于我們的牙齒和骨骼中）、一種生物相容性良好的多聚物——聚己內酯和一種溶劑構成。羥磷灰石為骨骼提供支撐，同時提供干細胞分化成骨的化學信號；聚己內酯為材料增添柔韌性；溶劑將3D打印的各個層次在打印脫水的過程中粘合起來。

這三種材料被混合制成一種墨水，用3D打印機層層打印成與待替換的骨骼完全相同的形狀。這種方法的思路是，骨骼受損入院的患者，比如下頜骨骨折，在利用影像學手段獲取骨骼形狀信息后，當天就能通過3D打印技術得到超彈性材料制造的替代骨骼支架?；颊邿o需接受痛苦的自體移植手術，或者等待個體化訂制的材料支架生產出來。

“我們打印出的柔韌性良好的支架可以促進骨骼在其中及其周圍生長。”該研究的共同作者，材料科學工程師RamilleShah說。為了檢驗這一材料，研究團隊首先在大鼠體內檢測了3D打印支架，用作脊椎骨融合的材料。他們的目的是測試這種材料能否將2塊相鄰的脊椎骨固定在合適的位置上，效果是否與其他通常用于治療脊柱損傷的材料一樣好。

西北大學的研究人員在植入這種超彈材料8周后，發(fā)現(xiàn)有血管在支架中生長，這是保證成骨組織存活的必需步驟，同時大鼠自身存在的干細胞開始發(fā)生鈣化，形成骨骼。結果證明，這種聯(lián)合材料對脊柱骨的融合作用比對照組材料，如來自其他個體的骨骼移植物，或不依賴于任何支架材料更有效。

研究人員還利用這種超彈性材料修復了一只恒河猴的顱骨損傷。在接受超彈性骨骼移植4周后，支架材料中開始長入血管以及鈣化的骨骼，同樣值得注意的是，該恒河猴沒有出現(xiàn)任何不良生物學反應，例如炎癥或感染，而許多合成材料都會引發(fā)這些不良反應。

打印中用作墨水的材料——即羥磷灰石與多聚物和溶劑的混合物——在生物醫(yī)學工程實驗室中應用很普遍，Malda說，打印出超彈性骨骼材料價格低廉。除此之外，研究人員可用3D打印快速完成一些支架的制作，每個支架花費的時間不超過5小時。這就說明，未來材料支架可以精確地進入傷口，這在面部骨骼重塑方面十分重要；又或者打印成薄片狀，這樣一來，外科醫(yī)生就可以根據(jù)需要裁剪和粘貼，Malda說，“這種材料的應用前景無可限量。”

未參與研究的密歇根大學生物醫(yī)學工程學家ScottHollister認為，該成果在正式應用于人類之前還需要進行大量重復測試。如果效果顯著，該研究成果將為全球患者帶來福音。“能夠便捷地打印出個性化的移植物是一個巨大的進步，將為整形外科、腫瘤切除及修復等領域提供大量機遇。”