3D打印与生物工程：开启个性化医疗新时代

在临床实践中，组织和器官损伤，尤其是肌肉骨骼系统的损伤，严重影响患者的生活质量。传统的修复手术和现成的植入产品往往无法满足个体患者的复杂需求，因为这些产品无法提供与患者自身组织完全匹配的解决方案。随着生物工程技术的快速发展，个性化再生治疗成为一种潜在的解决方案。

通过3D打印等先进技术，可以定制个性化的可吸收植入支架，这些支架不仅能够精确匹配患者受损组织的形状和尺寸，还能促进组织再生，从而改善临床结果并减少手术时间和复杂性。然而，将个性化生物工程植入支架从实验室转化为临床应用面临着诸多挑战，包括技术开发、监管审批的复杂性以及个性化植入物的定制和手术植入的复杂性等。

在本篇综述中，昆士兰大学Sašo Ivanovski、Chun Xu两人强调了个性化生物工程植入支架在修复复杂组织损伤中的潜力，并详细讨论了其临床转化的关键考虑因素、当前进展和未来展望。文章指出，尽管个性化生物工程植入支架在临床应用中面临诸多挑战，但通过跨学科合作和技术创新，有望为患者提供更精准、更有效的治疗方案。相关内容以“Clinical translation of personalized bioengineered implant scaffolds”为题发表于Nature系列综述《Nature Reviews Bioengineering》上。

【主要内容】

图1 生物工程方法临床转化的时间线

图中展示了个性化生物工程植入支架从概念到临床应用的关键里程碑。从1902年电纺丝技术的首次描述，到2022年3D打印PCL/TCP用于人体大骨缺损修复，图中涵盖了多个重要进展，包括3D打印技术在不同组织（如膀胱、皮肤、颌面）中的应用，以及个性化植入物在临床中的首次应用案例。这些里程碑突出了生物工程技术在临床转化过程中的逐步发展和创新，展示了该领域在过去几十年中的显著进步。

图2 生物工程个性化植入物设计

图中详细介绍了设计具有临床可转化性的植入支架的关键考虑因素。作者强调了使用医疗级材料和生物制造技术（如3D打印）来构建支架的重要性，同时考虑了生物相容性、可降解性、可制造性和机械性能等关键特性。此外，图中还展示了通过生长因子、生物制剂、自体血液制品和细胞疗法实现的生物功能化，这些技术可以显著增强植入物的生物活性和组织再生能力，从而提高临床治疗效果。

图3 个性化生物工程构建物临床转化框架

研究人员再图中提供了一个全面的框架，用于指导个性化植入支架的临床转化过程。该框架从设计阶段开始，根据组织异常类型选择合适的材料和制造技术，确保植入支架能够满足特定的临床需求。在临床应用方面，图中强调了医疗设施、临床医生和患者相关的结果评估，包括处理和固定、工作流程效率、可预测性和可重复性等。最后，通过临床试验评估个性化植入物的安全性、有效性和长期结果，确保其在不同临床场景中的可靠性和有效性。

【全文总结】

本文综述了个性化生物工程植入支架的临床转化进展。文章指出，传统修复手术和现成植入产品难以满足个体患者复杂组织损伤的修复需求。个性化生物工程植入支架通过3D打印等先进技术，能够根据患者的具体需求定制，改善临床效果并减少手术复杂性。文章详细讨论了个性化植入支架的开发关键因素，包括生物材料选择（如天然聚合物、合成聚合物、陶瓷和金属）、制造技术（如3D打印和熔融电写技术）、生物功能化策略（如生长因子和细胞疗法）以及监管合规性。文章还回顾了颅颌面重建等领域的临床应用现状，并指出当前面临的挑战，包括技术开发、监管审批复杂性以及个性化植入物的定制和手术植入难度。最后，文章强调了多学科合作的重要性，并展望了个性化生物工程植入支架在临床实践中的广泛应用前景。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s44222-024-00269-z