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2025年7月11日，南极熊获悉，浙江大学和台州学院的研究人员开发出了结合结构支撑和靶向抗生素输送的3D 打印骨固定植入物。研究人员使用立体光刻技术 (SLA) 制作定制骨钉，由注入头孢曲松钠的牙科树脂复合材料制成，头孢曲松钠是一种常用于预防手术期间感染的抗生素。
这项研究以题为“3D printed bone nails loadedwith ceftriaxone sodium for localized drug delivery/3D打印骨钉装载头孢曲松钠用于局部药物输送”的论文发表在《自然科学报告》上。
用于骨修复的骨科植入物通常因生物相容性差或治疗功能不足而受到限制。，通过引入一种不仅能支撑骨骼愈合，还能控制植入部位感染的植入物，解决了这两个问题。该设计采用市售的Anycubic Photon和Mono X 3D 打印机制造，凸显了医疗环境中便捷、可定制制造的潜力。
3D打印植入物的SEM图像：(a)和(b)为垂直剖面图，(c)和(d)为横截面图。图片来自浙江大学。
将结构与药物输送相结合
为了制造植入物，研究团队首先开发了一种定制树脂配方。他们将乙氧基化双酚A二甲基丙烯酸酯 (BPA2EODMA) 与三乙二醇二甲基丙烯酸酯 (TEGDMA) 以 7:3 的比例混合，这是兼具强度和打印性能的最佳混合比例。配方中还添加了 1% 的 TPO 光引发剂，以实现紫外线固化。
研究人员使用 SolidWorks 软件设计了植入物，并以 50 微米的分辨率逐层打印。打印完成后，对部件进行后固化，以确保其完全硬化。电子显微镜图像显示，植入物外层致密坚固，具有良好的机械强度，而内部则保持多孔结构，非常适合储存和缓慢释放抗生素。
测试表明，这些植入物能够承受非承重骨修复所需范围内的力，例如面部或颅骨。此外，还对植入物进行了三种不同抗生素浓度（1%、5% 和 10%）的测试，并使用聚乙二醇 (PEG) 帮助药物在树脂中分散。较低浓度的药物分散更均匀，而较高浓度的药物会形成一些晶体，但不会影响其性能。
药物释放和抗菌作用
在实验室测试中，药物释放遵循两阶段模式：最初24小时内快速释放，随后缓慢持续扩散。在最高浓度下，约80%的抗生素在三天内释放。研究人员还发现，打印过程中的固化时间会影响药物的释放速度。较长的固化时间会形成更致密的表面，从而减慢药物的释放速度。
这些植入物针对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和白色念珠菌等常见病原体进行了测试。所有植入物均表现出明显的抗菌效果，在八小时内抑制了约50%的微生物生长。
为了测试植入物在生物环境下的表现，研究小组将L929成纤维细胞暴露于细菌感染环境中。载有药物的植入物帮助细胞存活，存活率与直接使用抗生素相似。
即使在全浓度提取物浓度下，植入物在细胞毒性试验中仍保持了70%以上的细胞活力，符合ISO 10993-5标准。尽管树脂中的一种成分TPO在高剂量下可能有毒，但低浓度使用和完全固化工艺似乎可以降低任何重大风险。
虽然结果令人鼓舞，但这项研究仍处于早期阶段。这些植入物尚未在活体生物体中进行测试，还需要开展更多研究来观察其在长期和实际条件下的表现。未来的研究将侧重于动物实验、结合不同药物以改善愈合效果，以及寻找预防抗生素耐药性的方法。
哑铃形样品尺寸图（A）、用于 3D 打印的各种支架的Solidworks 图纸（B）、由光固化树脂制备的半空心植入物（C）。图片来自浙江大学。
通过植入物输送药物
与传统方法相比，3D打印植入物给药方式能够提供更佳的控制性、靶向释放和患者个性化定制。虽然该领域尚未成为主流，但它是一个新兴的研究领域，在癌症治疗、骨科和感染管理等领域拥有广阔的发展潜力。
为此，美国西南研究所(SwRI) 和德克萨斯大学圣安东尼奥分校(UTSA) 的研究人员开发了一种 3D 打印植入物，旨在在数周内输送可控剂量的药物。该植入物由可生物降解材料制成，治疗后会逐渐溶解，无需手术移除。
该装置旨在通过直接在治疗部位释放药物来治疗感染、癌症、关节炎和艾滋病等疾病，包括触发针对肿瘤反应的局部免疫疗法。通过个性化剂量和限制全身副作用，该装置提供了一种有针对性的替代每日用药或静脉注射疗法的方法。此外，该项目由Connect项目资助。
此外，贝尔法斯特女王大学的研究人员利用智能材料开发了4D打印乳房植入物，这些材料可以根据pH值和温度等身体状况改变形状。该植入物采用Cellink Bio X打印机以及羧甲基纤维素和纤维素纳米晶体的混合物制成，并装载了化疗药物阿霉素，用于局部释放药物。
这些植入物旨在扩张并贴合患者的组织腔体，从而改善贴合度、美观效果和癌症管理。MRI和 CAT 扫描等影像工具可用于个性化定制，为乳腺癌患者提供更具针对性且侵入性更低的治疗方法。
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