作者：靳培浩 北京積水潭醫院

目前的臨床治療選擇包括：當骨棒占生長板的比例小于33%時，切除骨棒，植入中間材料，以避免骨栓的重建，并防止隨后的生長畸形。另一方面，當骨棒較大時，需要進行更具創性的手術（即矯正性截骨或骨移植）。迄今為止，最常見的夾層材料是自體脂肪，但研究表明，在采用這種方法治療的患者中，16-63%的患者預后較差，并且因此受到限制，因為它們不能取代天然生長板組織或自身通過軟骨內骨化的正常生物過程誘導生長。如果期望的結果是完全恢復生長板，并且在骨栓系的原部位有新的生長，那么需要一種組織工程和再生方法。
生長板受到復雜的局部機械和分子環境的影響。動態壓縮力已被證明能夠刺激骨骺軟骨生長，而剪切和靜水壓更有可能驅動軟骨骨化、。研究還表明，超載可以抑制縱向骨沉積。因此，一個成功的組織工程化構建體將需要一個足夠堅硬的結構，以支持負載和防止塌陷，但也能促進干細胞增殖和分化的環境。以前探索的用于生長板組織工程的支架化學成分包括甲殼素、瓊脂糖、無膠原、聚乳酸-乙醇酸（PLGA）和脫鈣骨基質。這些支架的主要目的是在損傷部位輸送生物活性成分（如干細胞、細胞因子等），而不是提供堅固的結構支撐。例如，在兔生長板損傷模型中，PLGA被用于創建一種多孔的、可降解的支架，該支架可局部遞送胰島素樣生長因子。盡管這些結構為軟骨生成的生長因子刺激提供了良好的指示，但在體外降解的最后階段，支架本身被發現斷裂。開發能夠提供相關生物活性提示以支持再生和強健結構支持的治療方法將是開發臨床相關治療方法的重要下一步。
三維（3D）打印提供了一種可行的方法來制造滿足生物系統機械需求的結構，結合結構設計（低體積分數），該結構設計允許包含能夠支持生長板軟骨再生的生物活性龕。許多打印方法的局限性包括分辨率和需要打印額外的材料以支持懸垂。立體光刻數字光處理（DLP）是解決這些缺點的一種有前途的印刷方法。DLP打印涉及光照射下的快速液-固轉變，因此分辨率是投影儀的功能，使分辨率小于50?μm的可能性。此外，與其他3D打印技術相比，DLP打印不需要懸垂特征的支撐材料，從而允許更復雜的設計。
本研究的目的是開發一種3D打印的生長板模擬復合材料，用于骨棒切除術后，以防止骨棒重建、支持軟骨再生和恢復肢體生長。為此，我們首先表征了兔生長板的力學性能，以指導3D打印生長板模擬復合材料的創建。DLP 3D打印中使用了聚乙二醇（PEG）基樹脂，以創建由垂直柱制成的剛性3D打印結構（圖1b）。選擇這種簡單的結構設計來提供垂直軸向支撐。網格結構用于連接垂直柱，其設計具有最小厚度，網格圖案具有開放區域而非實心層，以便于局部細胞的滲透。然后，我們用軟軟骨模擬水凝膠填充硬結構，該水凝膠由交聯PEG作為基礎化學物質組成，并將硫酸軟骨素（ChS）和細胞粘附肽RGD的細胞外基質類似物與軟骨生成生長因子轉化生長因子β3（TGFβ3）連接。指導性水凝膠設計為可通過基質金屬蛋白酶（MMP）敏感交聯降解，證實其支持細胞存活并促進軟骨生長?3D打?。┱T導兔間充質基質細胞（rMSCs）的軟骨分化。然后，我們在兔生長板損傷模型中評估了其作為再生中間材料的功效，并將其與未經治療的對照、僅模擬軟骨的水凝膠和作為臨床金標準的脂肪移植進行比較。對不同治療組之間的肢體生長、脛骨角、骨形態變化和修復組織進行組織學分析。第二項體內研究比較了我們的生長板模擬復合材料的不同迭代與改變的結構特性。這項研究將3D打印和生物活性水凝膠相結合，開發了一種模擬復合物，作為生長板損傷的潛在治療方法，解決了骨棒移除后對機械支持和軟骨再生的需求。