王磊
3D打印可降解PCL肋骨植入物研发与胸壁重建临床应用
报告人:王磊
所在单位:空军军医大学唐都医院
报告人简介:王磊，博士，研究员，副主任医师，硕士研究生导师，现任唐都医院胸外科副主任。入选陕西省卫生健康高层次人才、空军军医大学凌云工程及唐都医院引凤计划青年A类岗。担任西安医学会胸外科分会副主任委员、陕西省保健学会胸壁外科专委会副主任委员、中国医药教育学会胸外科分会委员、中国机械工程学会增材制造分会委员、《中华胸心血管外科杂志》青年编委等学术任职。主持国家自然科学基金面上、青年项目，陕西省重点研发计划重点项目等各类课题12项。以第一/通讯作者在Advanced Science、CEJ、VPP、JTCVS等期刊发表SCI文章32篇，授权国际PCT和国家发明专利4项。第一执笔撰写全国专家共识2部，制定团标2项。获陕西省科技进步一等奖、中华医学科技奖二等奖、陕西青年科技奖、陕西省高等学校科技成果一等奖，两次获中华医学会全国胸外科青年优秀论文一等奖。
报告摘要:
引言：胸壁是人体最大的骨骼结构，由胸骨、肋骨、脊椎、软骨等组成。肿瘤、外伤等引起的5cm以上胸壁缺损需要使用钛板、钛网、PEEK材料等硬质植入物进行重建。但青少年患者存在快速生长需求，常规骨植入物在手术后容易限制胸廓发育，引起呼吸困难。本研究旨在探索可降解植入物在胸壁重建手术中的有效性和安全性。
材料与方法：本研究采用熔融沉积法制备聚己内酯（PCL）肋骨植入物，材料中预混了20 nm的羟基磷灰石颗粒（质量分数10%，20%，30%）。细胞模型使用L929成纤维细胞，使用CCK-8、划痕实验、免疫荧光、PCR、WESTERN BLOT、转录组测序等检测PCL材料生物性能及其分子机制。使用C57鼠、比格犬等验证材料动物实验有效性和安全性。在美国临床试验网clinical trials注册IIT临床试验（NCT06977022），在人体内验证该植入物的有效性和安全性。
结果与讨论：本研究利用融熔沉积法制造出了PCL、10 wt% nHA、20 wt% nHA、30 wt% nHA四种样品，SEM及EDS显示其表面nHA颗粒逐渐增加，NI显示其表面硬度逐渐增加。CCK-8和活死染色证明了L929细胞在10 wt% nHA样品表面具有最强的增殖能力和活力，因30 wt% nHA的PCL样品最高的表面硬度，进而激活Piezo1基因致使细胞内钙离子超载引发细胞凋亡。转录组高通量测序发现呼吸交变力动态培养条件下L929细胞出现细胞外基质重塑、细胞黏附分子结合、阳离子通道活性正向调节等功能改变。通过Piezo1特异性激活剂和抑制剂证实了动态培养这一生物力学刺激通过Piezo1将机械信号传递到细胞质，并促进L929细胞增殖、黏附和早期纤维化。小鼠体内实验也表明动态条件下10 wt% nHA与软组织有最佳的整合效果。进一步，在20例比格犬肋骨缺损重建手术中，3D 打印PCL可降解肋骨植入物能够有效防止反常呼吸，显著改善胸壁的形态和生理功能1。在为期12月的随访中，PCL材料分子量下降至50%，压缩强度下降至10%，但整块植入物胸壁组织的力学性能与健康胸壁无显著性差异，HE染色和MASSON染色提示PCL植入物可促进周围组织发生纤维化和软骨化，进而使其胸壁硬化。在临床试验中，使用3D打印PCL肋骨植入物完成人体胸壁重建手术2例，重建面积10cm × 8cm、8cm × 8cm，胸壁重建效果良好，术后无反常呼吸和呼吸困难，无显著不良反应。
结论：3D打印可降解PCL肋骨植入物是一种有效的胸壁重建材料，在细胞学和动物实验中均展现出良好的促进软组织硬化作用，在临床应用中具有良好的胸壁重建作用和安全性。
