3D打印骨植入物实现定制化抗生素释放，助力骨修复与感染防控

南极熊导读：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。

△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

2025年7月12日，南极熊获悉，浙江大学与台州学院的研究团队，成功开发出一种结合结构支撑与靶向抗生素输送功能的3D打印骨固定植入物，为骨科植入物的功能性与生物相容性提升带来新进展。

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。这项研究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。研究使用了市售的Anycubic Photon和Mono X 3D打印机，凸显了医疗环境中便捷、可定制制造的潜力。

△相关成果已发表于《Scientific Reports》期刊，研究题目为“3D打印骨钉装载头孢曲松钠用于局部药物输送”（传送门）

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。该配方中还添加了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，以确保植入物完全硬化。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，但不会影响植入物性能。

△哑铃形样品尺寸图（A）、采用Solidworks软件设计的各种植入物（B）、由光固化树脂制备的半空心植入物（C）

药物释放和抗菌作用

在实验室测试中，体外药物释放实验显示，植入物表现出典型的两阶段释放模式：前24小时快速释放，随后缓慢持续扩散。最高浓度下，三天内释放约80%抗生素。研究人员还发现，固化时间对释放速率有显著影响，固化越充分，药物释放越缓慢。

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。

△机械性能和3D打印半空心植入物

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。

团队指出，这项研究目前仍处于早期阶段，尚需进一步动物实验及长期体内评价，以验证这种3D打印植入物在实际临床环境下的表现。未来工作将聚焦多药物联合释放、促进骨愈合及抗生素耐药性防控等方向。总的来说，这项研究展示了3D打印技术在定制化、功能化骨科植入物领域的广阔应用前景，推动精准医疗和智能制造深度融合。