無植骨3D打印鈦合金融合器骨融合能力優(yōu)于植骨PEEK融合器

供稿人：宋發(fā)成 王玲 供稿單位：西安交通大學機械制造系統工程國家重點實驗室　       

PEEK和鈦合金是目前制造椎間融合器最常用的兩種材料。這兩種材料都具有良好的生物相容性，PEEK因其彈性模量與人體骨接近而得到廣泛的應用，而多孔鈦合金具有更佳的骨融合能力。隨著3D打印技術的發(fā)展，3D打印多孔鈦合金融合器得以廣泛應用于椎間融合術中，目前對于3D打印的多孔鈦合金椎間融合器術后骨融合能力研究尚且不足。美國路易威爾大學醫(yī)學院Joseph等研究者對比了3D打印多孔鈦合金融合器與帶自體髂骨移植的PEEK融合器在動物體內的融合效果。

研究者選取7只年齡在4至5歲的健康雌性綿羊，在每一只綿羊的L2~L3、L4~L5椎間隨機分別植入一個PEEK融合器和一個3D打印鈦合金融合器，形成單個個體內部對照。融合器選取美國Spineart公司的Juliet（PEEK）和Juliet Ti-LIFE（3D-pTi）,如圖1所示，其中圖1（b）為3D打印鈦合金融合器多孔部分的微觀結構。

圖1 PEEK融合器與3D打印多孔鈦合金融合器

植入綿羊體內后，在術后的第4周和第8周對植入部位做CT檢查，并在第8周做組織切片分析植入效果。CT結果表明，在術后第8周，3D打印鈦合金融合器的類骨小梁結構上發(fā)現骨組織，如圖2（a）所示。同時融合器與周邊骨組織近距離接觸，在其植骨窗內也發(fā)現了早期的骨組織。而對于PEEK融合器，如圖2（b）所示，除了局部纖維化以外，PEEK融合器與周圍骨組織沒有相互作用且內部的自體植骨并沒有改善骨融合能力。

圖2 3D打印鈦合金融合器與PEEK融合器植入術后8周后的CT檢查

組織切片結果表明，PEEK融合器與3D打印鈦合金融合器的骨融合能力有著明顯的差異。如圖3（a）所示，PEEK融合器與周圍骨組織存在纖維化的組織（圖中黑色箭頭位置）,且植骨窗內沒有發(fā)現早期骨組織（圖中綠色箭頭位置）。而如圖3（b）所示，3D打印鈦合金融合器骨融合效果明顯，天然骨與植入物中的類骨小梁結構相互作用，在融合器中心形成初期骨組織，同時存在軟骨以及膠原蛋白，表明其發(fā)生了軟骨內和膜內的骨化。對鈦合金融合器周圍組織切片放大顯示，如圖3（c），發(fā)現有編織骨和板層骨，以及膠原和軟骨。

圖3 3D打印鈦合金融合器與PEEK融合器植入8周后的組織切片檢查

本研究表明，3D打印多孔鈦合金融合器在植入羊體內4周以及8周后，CT檢查以及組織切片分析都表明其骨融合能力優(yōu)于帶自體骨移植的PEEK融合器。該研究對于確定3D打印多孔結構的融合器體內骨融合效果具有一定意義。

參考文獻：
Laratta, Joseph L., et al. "3D-printed titanium cages without bone graft outperform PEEK cages with autograft in an animal model." The Spine Journal (2021).