用3d打印植入物再生半月板

哥伦比亚大学医学中心(Columbia University Medical Center)的研究人员发明了一种方法，可以使用个性化的3d打印植入物或支架来替代膝盖的保护内衬，称为半月板，植入物或支架中注入了人类生长因子，可以促使身体自行再生内衬。这种疗法已经在绵羊身上成功测试，可以首次有效和持久地修复受损的半月板。每年有数百万美国人患有半月板损伤，并可能导致使人衰弱的关节炎。这篇论文今天发表在《世界科学》的网络版上科学转化医学．

“目前，整形外科医生对撕裂的膝盖再生几乎无能为力弯月面“一些小的撕裂可以缝回去，但较大的撕裂必须通过手术去除。虽然切除手术有助于减轻疼痛和肿胀，但它使膝盖失去了股骨和胫骨之间的自然减震器，这大大增加了患关节炎的风险。”

受损的半月板可以通过半月板移植来替代，使用身体其他部位或尸体的组织。然而，这种手术成功率很低，风险很大。美国每年大约有100万例半月板手术。

毛博士的方法首先是对未受损膝盖的完整半月板进行核磁共振扫描。扫描结果被转换成3D图像。然后，图像中的数据被用于驱动3D打印机，打印出半月板形状的支架，分辨率可达10微米(不到人类头发的宽度)。打印这个支架大约需要30分钟，由聚己内酯制成，这是一种可生物降解的聚合物，也用于制作手术缝合线。

支架注入了两种重组人蛋白:连接生长因子(CTGF)和转化生长因子β3 (TGFβ3)。毛博士的团队发现，这两种蛋白质的连续传递吸引了体内现有的干细胞，并诱导它们形成半月板组织。

然而，为了使半月板正确形成，蛋白质必须以特定的顺序在支架的特定区域释放。这是通过将蛋白质包裹在两种缓慢溶解的聚合微球中来完成的，首先释放CTGF(刺激外半月板的产生)，然后释放TGFβ3(刺激内半月板的产生)。最后，注入蛋白质的支架被插入膝盖。绵羊的半月板大约在4到6周内再生。最终，支架溶解并被人体排出。

毛博士说:“这与传统的组织工程不同，在传统的组织工程中，干细胞是从人体中提取的，在实验室中进行操作，然后返回到患者体内，这种方法的成功有限。”“相比之下，我们正在体内启动这一过程，使用促进内源性干细胞组织再生的因素。”

“这项研究虽然是初步的，但证明了半月板再生的创新方法的潜力，”合著者斯科特·罗迪欧医学博士说，他是纽约市特殊外科医院的运动医学整形外科医生和研究员。“这可能适用于每年接受半月板切除术的许多患者。”

这一过程在11只羊身上进行了测试(它们的膝盖与人类的膝盖非常相似)。这些动物被随机分为两组，分别用注入蛋白质的3D支架(治疗组)和不含蛋白质的3D支架(非治疗组)替换部分膝盖半月板。三个月后，接受治疗的动物能够正常行走。在死后分析中，研究人员发现，治疗组的再生半月板具有与天然半月板非常相似的结构和力学性能。他们现在正在进行研究，以确定再生组织是否持久。

毛博士说:“我们设想，从最初的MRI到3D打印，个性化半月板支架可以在几天内完成。”个性化的支架将在一周内被运送到诊所和医院。研究人员希望一旦资金到位就开始临床试验。

纽约州伊萨卡康奈尔大学兽医学院的大型动物外科教授Lisa Ann Fortier博士说:“这些研究为半月板撕裂或退化患者的膝关节半月板再生提供了有临床价值的信息。“作为这个多学科团队的兽医骨科外科科学家，我预见到有新技术治疗膝盖半月板撕裂的兽医患者的额外好处。”

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