摘要
目的:本研究使用3D打印多孔钛合金材料修复兔胫骨平台负重区骨缺损，并观察其成骨及力学支撑情况，为临床应用提供实验依据。 方法:按照实验兔外侧胫骨平台软骨下2-3mm处用骨锯体外制造骨缺损模型（缺损面积约占胫骨平台横断面一半，厚度约5mm），再以医用Ti6Al4V粉末为原材料，按照设计的骨缺损模型大小采用EBM技术联合3D打印技术制备多孔钛合金支架材料。将45只成年日本大耳白兔随机分为3组，每组15只，A组为多孔钛合金组，B组为异种骨组，C组为空白对照组。按设计的胫骨平台负重区骨缺损模型制造骨缺损（胫骨平台下2-3mm，缺损面积约占胫骨平台横断面一半，厚度约5mm），采用2种材料植入修复。术后观察实验动物的一般情况，并于术后各时间点摄左后肢正侧位X线片，观察骨缺损区骨痂形成情况;对各组4、8、12周X线片外侧平台关节面塌陷程度进行分析。各组于术后4、8和12周各处死5只动物，截取骨缺损部位进行大体观察关节面塌陷情况，并在micro-CT下观察对比新生骨生长情况。 结果:1、大体观察:术后实验动物的一般情况良好，术后进食良好。创口于术后一周左右愈合。4周后取材见A、B两组材料周围均有少量纤维组织及骨痂包绕，C组亦可见少量骨痂，但骨缺损仍较明显，可见中心明显空洞。8周后取材可见3组材料骨痂生长均增多，A、B两组材料均与周围有明显的骨连接，A组多孔钛合金表面大部分被新生骨覆盖;A组外侧平台关节面完好未见塌陷，B、C两组外侧平台可见不同程度的塌陷变形，C组塌陷相对较重。12周后取材可见，A组多孔钛合金材料表面全部被新生骨覆盖，外侧平台关节面完好仍未见塌陷;B、C两组外侧平台均可见严重的塌陷变形。2、X线片:可见术后4周时A、B两组胫骨外侧平台均未塌陷，植入材料周围可见少量骨痂，两组材料与受体骨界面之间未见间隙，C组外侧平台无明显塌陷，骨缺损周围模糊存在少量骨痂，缺损面积未见明显变化。术后8周时A组胫骨外侧平台无塌陷，B组略塌陷，A、B两组骨缺损处及周围有不同程度的骨膜反应，周围骨痂略增多，C组可见胫骨外侧平台明显塌陷变形，骨缺损仍明显，周围模糊可见少量骨痂生长。术后12周时A组胫骨平台外侧仍无塌陷，骨缺损周围被新骨包绕，材料与受体骨界面接触良好，无变形。B组已经塌陷明显，周围大量骨痂，C组可见胫骨外侧平台塌陷加重，关节面明显变形，膝关节外翻畸形。3、micro-CT观察:术后4周，3D打印多孔钛材料周围与新生骨结合良好，材料与骨界面之间无间隙，可见新生骨组织逐渐从多孔钛材料周边向孔内长入。术后8周，3D打印多孔钛材料孔隙内部及深处可见新生骨继续长入，此时材料中心部分孔隙已有较多新生骨组织长入，周围骨小梁开始变粗、成熟。术后12周多孔钛材料孔内已经形成大量新生骨，未见骨坏死现象。术后4周，异种骨周围可见少量新生骨生长;术后8周异种骨周围新生骨略增多，异种骨受压变形，部分断裂，其上方关节面塌陷，术后12周异种骨修复材料周围部分骨质吸收，被其他组织代替，骨连接相对较少，异种骨所支撑关节面严重变形。空白组术后12周时松质骨骨缺损仍存在，部分骨质被吸收被纤维组织填充代替。 结论:以医用Ti6Al4V粉末为原材料，采用EBM技术联合3D打印技术，通过调整材料的孔隙率制备出与松质骨弹性模量相接近的多孔钛合金支架，在修复兔胫骨平台下松质骨骨缺损中有良好的力学性能，生物相容性及骨诱导性，其修复兔胫骨平台负重区骨缺损的效果优于异种异体骨修复材料。
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