引言
由于腫瘤、炎癥、損傷、先天性畸形導(dǎo)致的骨缺損,可使患者面部畸形,影響咀嚼、吞咽、語(yǔ)言功能??谇活M面結(jié)構(gòu)復(fù)雜,缺損部位形態(tài)隨機(jī),個(gè)性化特征非常明顯,對(duì)植入體或修復(fù)體的個(gè)性化要求相當(dāng)髙。修復(fù)體植入后,會(huì)受到頌面部肌肉的牽拉,承擔(dān)咀嚼壓力。所以,除了要恢復(fù)患者的顏面部形態(tài),修復(fù)體還需要有一定的機(jī)械強(qiáng)度, 以確保其能夠在 體內(nèi)行使正常功能,最好還能夠負(fù)載成骨細(xì)胞促進(jìn)頌骨再生[1]。3D 打印技術(shù)可滿足頌骨缺損的個(gè)性化設(shè)計(jì)和制作,鈦及鈦合金種植體具有較高的強(qiáng)度,較低的彈性模量,在口腔領(lǐng)域具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)[2]。
3D打印技術(shù)又稱增材制造,是在三維設(shè)計(jì)模型的基礎(chǔ)上,利用連續(xù)分層打印,通過(guò)逐層疊加,形成三維實(shí)體的技術(shù)[3]。3D打印技術(shù)個(gè)體化特征明顯,制作精度高,加工周期短,可最大限度地降低成本,提高生產(chǎn)效率。近年來(lái),3D打印技術(shù)在口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研宄及應(yīng)用呈上升趨勢(shì)。口腔修復(fù)學(xué)、口腔種植學(xué)、口腔正畸學(xué)和口腔內(nèi)科學(xué)[4_5]都有所涉及,如冠橋、種植體基臺(tái)的制作、義齒支架和正畸弓絲等。隨著口腔醫(yī)學(xué)的不斷發(fā)展,3D打印材料的研宄己成為研宄重點(diǎn)。
生物醫(yī)用材料直接與生物體接觸,可修復(fù)、替代缺損骨組織,誘導(dǎo)骨組織再生,恢復(fù)骨組織功能[6]。近年來(lái)生物醫(yī)用材料被廣泛應(yīng)用于軟硬組織修復(fù)的醫(yī)療領(lǐng)域[7]。鈦及鈦合金憑借其良好的力學(xué)性能,優(yōu)良的抗生理腐蝕性能、優(yōu)異的生物相容性等優(yōu)點(diǎn),被視為理想的3D 打印材料。
1、3D打印鈦的表面改性
鈦鍛件、鈦棒等鈦及鈦合金的3D打印技術(shù)己在口腔頌面部的修復(fù)、牙體組織的修復(fù)、種植體制造[8]等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用??芍谱鞫嗫字Ъ苡糜陧灩侨睋p的修復(fù),制作金屬內(nèi)冠、全冠、可摘義齒支架、個(gè)性化舌側(cè)托槽等和傳統(tǒng)的種植入體一樣,3D 打印鈦種植體也存在生物惰性等問(wèn)題:例如彈性模量較骨組織高,抗剪強(qiáng)度、摩擦特性低,細(xì)胞毒性和潛在的過(guò)敏性等。
這易導(dǎo)致鈦種植體和骨組織不相融,在植入體內(nèi)后使骨結(jié)合時(shí)間延長(zhǎng)、骨結(jié)合強(qiáng)度將低。如何將3D 打印技術(shù)與提高材料的生物相容性和骨整合能力相結(jié)合,使3D 打印鈦種植體與骨組織的結(jié)合更加牢固,骨愈合時(shí)間縮短,骨結(jié)合力提高?這些問(wèn)題受到了研宂者的廣泛關(guān)注。3D 打印鈦植入體的表面處理借鑒了傳統(tǒng)鈦植入體表面改性的方法,主要包括物理 改性、化學(xué)改性和生物化學(xué)改性[11]。
1.1 物理改性
物理改性是依靠動(dòng)能、熱能、電能將離子、陶瓷、金屬等材料結(jié)合到種植體表面形成涂層的方法。該過(guò)程無(wú)化學(xué)反應(yīng)參與,主要包括鈦漿噴覆、激光處理、噴砂酸蝕、電解蝕刻、物理氣相沉積、離子注入、表面陶瓷化等。K i m等[12]將S r 注入到鈦表面,證明S r 的釋放可促進(jìn)脂肪干細(xì)胞在納米鈦材料表面的黏附,同時(shí)堿性磷酸酶、骨鈣素、R A N K L等相關(guān)成骨因子的表達(dá)也相應(yīng)增加。traini等[13]通過(guò)激光燒結(jié)加工成型梯度化結(jié)構(gòu)的多孔Ti-6Al-4V 牙科種植體,結(jié)果表明,其具有良好的理化性能,并且功能梯度材料的牙種植體更好地適應(yīng)骨的彈性特性。
1.2 化學(xué)改性
化學(xué)改性是使用化學(xué)試劑,發(fā)生化學(xué)反應(yīng), 以改變種植體表面的化學(xué)特性,使之與細(xì)胞產(chǎn)生相互作用,從而改變細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能。主要方法包括陽(yáng)極氧化、酸堿處理、溶膠凝膠、化學(xué)氣相沉積等膜層改性方法。張欣蔚M 采用電化學(xué)沉積法在3D打印多孔鈦植入體表面制備殼聚糖/ 羥基磷灰石復(fù)合涂層,結(jié)果表明經(jīng)過(guò)復(fù)合涂層的處理后,3D 打印鈦表面的細(xì)胞增殖、分化性能都有所提高。MARYCZ等[15]使用溶膠-凝膠法將生物活性鞘脂S1P 融入二氧化鈦涂層,降低其表面粗糙度,結(jié)果表明二氧化鈦/S1P 上的細(xì)胞生成骨結(jié)節(jié)數(shù)量增多,成骨因子的表達(dá)也顯著增加。
1.3 生物化學(xué)改性
生物化學(xué)改性是將生長(zhǎng)因子、蛋白質(zhì)、抗菌藥物[+ 19]固定到修復(fù)體表面,以誘導(dǎo)成骨細(xì)胞分化,促進(jìn)修復(fù)體與骨組織結(jié)合。主要包括化學(xué)固定法、物理吸附法和涂層載體法[2()]。相對(duì)于傳統(tǒng)的化學(xué)、物理方法,生物化學(xué)改性在促成骨細(xì)胞增殖分化方面效果更明顯。李賽娜等[21]通過(guò)偶聯(lián)劑將膠原分子固定在3D 打印的鈦合金(Ti-6A 1-4V ) 片上,研究顯示,膠原分子的存在提高了 3D 打印鈦合金表面的細(xì)胞增殖、活性以及生物相容性。K u m a r等[22]用細(xì)胞外基質(zhì)修飾3D 打印鈦支架,結(jié)果顯示支架上細(xì)胞的功能和材料的生物相容性都有所提高。
生物分子領(lǐng)域和材料領(lǐng)域的研宄者們一直在尋求通用的表面改性方法,使之可在植入體表面快速、有效地固定生物活性分子,并且能根據(jù)表面要求的需要進(jìn)行相應(yīng)的功能修飾。種植體表面的改性研究為口腔醫(yī)學(xué)的發(fā)展提供了新的方向,隨著科技的迅速發(fā)展,材料的表面改性在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域也將迅速發(fā)展,成為生物醫(yī)用植入體領(lǐng)域重要研宄方向之一。
2、 3D打印鈦種植體的臨床應(yīng)用
2.1 口腔種植學(xué)
鈦金屬3D 打印技術(shù)的出現(xiàn)極大地推動(dòng)了牙體種植學(xué)的發(fā)展,該技術(shù)可以在種植體制造的過(guò)程中用激光束處理種植體,使其形成多孔的粗糙表面,還能夠根據(jù)患者X 線的三維影像數(shù)據(jù),制備與患牙牙根形態(tài)及大小一致的個(gè)性化種植體,并于拔牙同期植入[23],簡(jiǎn)化診療過(guò)程、減少手術(shù)創(chuàng)傷,縮短愈合時(shí)間,實(shí)現(xiàn)病牙的即刻置換。有研宄表明,3D打印的鈦合金種植牙可仿造牙槽骨的天然結(jié)構(gòu),表面密布三維貫通的窩溝,誘導(dǎo)成骨細(xì)胞在窩洞中再生[24]。Tunchel等[25]對(duì)1 1 0例使用3D 打印鈦合金種植體的患者進(jìn)行了評(píng)估,結(jié)合3 年的隨訪結(jié)果顯示:該種植體能恢復(fù)缺損的單顆牙間隙,成功率較高。
Cucchi等[26]用3D 打印鈦網(wǎng)對(duì)無(wú)牙頌種植術(shù)后的患者進(jìn)行了骨增量治療。術(shù)前對(duì)骨增量區(qū)域和種植體植入?yún)^(qū)域進(jìn)行了個(gè)性化設(shè)計(jì),制作了 3D 打印鈦網(wǎng),術(shù)后C T 及回訪顯示患者對(duì)治療效果滿意。
2.2 口腔頜面外科
3D 打印技術(shù)能夠直觀立體地還原患區(qū)的缺損形態(tài),制備的個(gè)性化鈦網(wǎng),精度高、外形好、術(shù)中操作簡(jiǎn)便,手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)降低,有效推動(dòng)了面部骨缺損的診斷、手術(shù)的模擬及術(shù)中復(fù)位的發(fā)展。周小義等[27]根據(jù)影像學(xué)資料,制作3D 打印鈦手術(shù)導(dǎo)板,借助軟件進(jìn)行虛擬手術(shù)設(shè)計(jì),指導(dǎo)髁突骨軟骨瘤及繼發(fā)牙頜面畸形的手術(shù)矯治,術(shù)后結(jié)果顯示患者顏面對(duì)稱,
功能恢復(fù)良好。5 1 ^ 匕等[28]用個(gè)性化3D 打印鈦合金假體對(duì)一下頌骨體及下頜角缺失的患者進(jìn)行治療,術(shù)后患者外形輪廓及功能恢復(fù)較好。李金等人[29]報(bào)道了9 例下頌骨腫瘤或腫瘤術(shù)后缺損的病例,利用3D 打印技術(shù)重建鈦板,結(jié)合腓骨肌皮瓣修復(fù)下頌骨缺損。結(jié)果顯示患者的腓骨肌皮瓣成活,咬合關(guān)系正常,無(wú)并發(fā)癥,患者外形恢復(fù)良好。
2.3 口腔正畸學(xué)
在正畸方面,3D 打印技術(shù)可以定制各種類型的矯治器,如固位器、擴(kuò)弓器、個(gè)性化帶環(huán)、生物調(diào)節(jié)器、牙合板、雙牙合板等[M]。目前學(xué)者們將錐體束C T 和3D 打印技術(shù)結(jié)合設(shè)計(jì)出個(gè)性化鈦板用于前方牽引。國(guó)內(nèi)學(xué)者梁舒然等[31]報(bào)道了一例因上頌骨發(fā)育不足導(dǎo)致的骨性III類錯(cuò)牙合的病例,他們用術(shù)前錐體束C T,結(jié)合數(shù)字化模型,利用3D 打印技術(shù)制 備了 3D 打印鈦修復(fù)體,對(duì)該患者進(jìn)行了骨性前方牽引治療。術(shù)后患者達(dá)到了正常的覆牙合覆蓋,牙列無(wú)擁擠。3D 打印個(gè)性化鈦板可最大程度地貼合骨表面,并可選擇骨皮質(zhì)厚度,避開恒牙胚及牙根,同時(shí)控制加力方向,從而減小手術(shù)風(fēng)險(xiǎn),使患者獲得更多的骨性改建,減少牙性代償。
2.4 口腔修復(fù)學(xué)
在口腔修復(fù)方面,學(xué)者們正致力于應(yīng)用3D 打印技術(shù)制備金屬牙冠、牙橋,可摘局部義齒支架的研究。
近期H u 等[32]報(bào)道了 1 例肯氏I 類牙列缺損的病例,他們結(jié)合患者口外掃描、3D 打印技術(shù)制作鈦支架、利用傳統(tǒng)充膠排牙,結(jié)果顯示個(gè)性化3D 打印鈦支架與口腔組織緊密結(jié)合,無(wú)移位變形。
3、小結(jié)
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及人們對(duì)健康關(guān)注的增加,鈦及鈦合金牙種植體、義齒、頌骨修復(fù)釘板等的用量將快速增長(zhǎng)。研宄者們應(yīng)致力于3D 打印鈦及鈦合金的新型材料研發(fā)、表面改性等方面的研宄,不斷加強(qiáng)3 D 打印鈦及鈦合金在口腔領(lǐng)域的研宄和應(yīng)用。
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