（来源：中国医药报）

转自：中国医药报

□ 程德林 况宇迪 许佳锐

人工骨是骨科、口腔、神经外科等领域用于骨缺损修复，以及骨融合、骨再生治疗的植入类医疗器械，主要包括无机非金属材料（如磷酸钙类陶瓷、生物玻璃等）和复合材料（如无机非金属复合胶原、无机非金属复合合成高分子等）。人工骨的出现有效解决了自体骨来源有限、异体和异种骨存在排异风险等问题，是支撑临床骨重建治疗、保障患者骨骼功能恢复的重要产品。随着科技创新不断取得突破，骨缺损修复领域正悄然发生一场由生物适配创新理念与3D打印先进制造技术共同驱动的深刻变革。

3D打印生物适配人工骨是结合生物适配理念与3D打印技术制造的人工骨。这类产品不是简单模仿骨骼的形状，而是综合材料、设计等因素，与人体骨骼在结构、力学和功能上主动、动态地匹配与融合。3D打印生物适配人工骨的出现为复杂骨缺损等临床治疗难题提供了新的解决方案。

理论跃升

从生物相容到生物适配

长期以来，良好的生物相容性被视为植入类医疗器械的基本要求。生物相容性是指植入物等材料在与人体接触时，能安全地发挥预期功能，不引起有害生物学反应（如过敏、炎症等）的性质。简单来说，就是植入物材料与人体组织“和平共处”的能力。

然而，生物相容性仅仅定义了植入类医疗器械材料的“被动”属性，无法满足产业新材料、新技术的发展以及临床更高治疗需求对于植入类医疗器械的功能定义。

为突破这一局限，中国工程院院士王迎军带领团队于2011年提出了生物适配的创新理念。生物适配理念的核心，在于强调植入材料的“主动”作为：不仅要安全、能与人体组织“和平共处”，更要能主动适应植入部位独特的生理微环境（如组织学、力学、化学环境），并主动引导和促进病损组织有效修复，或恢复、重建其生理功能。

围绕这一创新理念，在多项国家重大课题支持下，研究团队从组织适配、降解适配和力学适配等方面对生物材料面临的共性科学问题进行了系统研究，并进一步发展形成了包含时序（材料性能随时间动态变化，适配组织修复的不同阶段）和空间（材料结构与性能的区域化设计，适配人体不同组织、器官的生理环境）等调控机制的精准生物适配理论，为新一代高性能、高效用生物材料和植入医疗器械的研发指明了方向。

当前，生物适配理念已在多个细分领域的创新医疗器械研发实践中发挥指导价值，尤其在高挑战性、高技术门槛的骨科植入物产品创新方面持续推动原创性、引领性产品问世。

技术引擎

3D打印技术助力实现生物适配

随着科技的日益进步和人民生活水平的不断提高，患者对骨缺损疾病愈后效果的要求也越来越高，传统的人工骨产品在结构和功能上难以满足日益提高的临床需求，基于3D打印技术的生物适配人工骨成为这一问题的有力解决方案。

3D打印是以数字模型为基础，通过逐层堆积材料（如金属、高分子、无机非金属材料等）来构造三维物体的技术。生物适配理论的临床应用价值，在3D打印技术加持下得到了充分验证和发扬。

相比于传统人工骨，3D打印生物适配人工骨能够实现对材料、外形、尺寸及内部三维多孔结构的精准制造与控制，充分融合了3D打印的制造优势和生物适配的功能优势。3D打印生物适配人工骨可根据患者的医学影像数据，进行个性化制造，实现产品与缺损部位1∶1匹配，确保植入后完美贴合，不必二次修整。同时，3D打印生物适配人工骨能够精准调控仿生多孔结构（孔径、孔隙率等），为细胞长入、血管化和骨组织再生创造优良的基底环境。通过材料与结构设计，3D打印生物适配人工骨可以动态匹配植入体降解速率与新骨组织再生速率，确保骨再生过程安全和有效推进，并且可以通过优化材料与工艺，使植入物的力学性能与周围骨组织相匹配，维持良好的骨再生力学微环境。

3D打印生物适配人工骨综合协同材料、设计、制造等关键要素，为突破大尺寸骨缺损治疗等临床瓶颈提供了路径。然而，想要开展3D打印生物适配人工骨的临床应用，还要解决骨精准再生修复治疗过程中医工交互平台、信息管理平台以及围手术期“一站式”手术规划决策方案缺失等问题。

为解决这些问题，王迎军院士团队等医工融合团队围绕数字化骨精准再生修复的临床需求，建立了一套以3D打印生物适配人工骨为核心，融合医学影像、计算机辅助设计、3D打印个性化器械（模型、导板等）的成套技术体系，并先后在多家医疗机构开展临床转化应用研究工作。应用范围覆盖四肢、脊柱、关节等多个部位，涉及创伤、骨肿瘤、骨骼畸形等复杂病例。其中，广州市第一人民医院牵头完成了世界首例节段长度达230mm的超极限骨缺损的保肢治疗。这一骨缺损再生修复技术领域的重大突破，充分验证了3D打印生物适配人工骨在临床应用方面的巨大潜力。

监管科学

为公众安全提供有力保障

医疗器械监管科学旨在开发和应用新的工具、标准、方法和知识体系，以更科学、高效、精准地评估医疗器械在整个生命周期中的安全性、有效性，从而支持监管决策，保障公众健康并促进产业创新。国家药监局大力倡导的监管科学研究也对3D打印生物适配人工骨的快速发展起到了积极的推动作用。

自2019年中国药品监管科学行动计划实施以来，3D打印生物适配人工骨多次入选国家药监局组织的医疗器械监管科学研究重点课题。

3D打印生物适配人工骨，是在生物适配理念指导下诞生的新一代骨缺损修复解决方案。它推动骨缺损治疗从“经验化”向“精准化”升级，从“被动兼容”向“主动适配”跨越，不仅为临床复杂骨缺损的修复提供了更有效的解决方案，也为提升我国高端医疗器械产业的国际竞争力注入了强劲动力。

（作者单位：新型生物材料与高端医疗器械广东研究院）

延伸阅读

增材制造（3D打印）骨科植入物制造过程简介

增材制造骨科植入物的制造过程包括设计、生产、后处理等环节。

增材制造骨科植入物的设计遵循逆向工程原理。首先，根据患者具体情况，借助计算机断层扫描和磁共振成像等医学影像技术采集多角度数据。然后，利用专业软件算法重建出精确反映患者解剖结构的虚拟三维模型。在设计过程中，临床医生与设计工程师需紧密协作，基于生成的三维模型及相关临床信息，共同确定植入物的结构特征，包括尺寸、材料选择、截骨位置、骨固定方式等，并同步规划手术方案、设计配套手术器械。同时，还需综合考虑增材制造工艺及后续加工要求，如支撑结构设计、残留粉末清除等。

为确保产品的安全性与有效性，制造过程及其后续工艺须遵循严格的生产质量管理规范，并对产品性能开展充分验证，以保证最终质量。目前，国内外相关标准化组织（如国际标准化组织、美国材料与试验协会等）已针对增材制造的材料、设备、环境、工艺及产品验证等展开标准制定工作，部分标准现已正式发布。

产品的后处理工序需要满足既定产品要求，并经过完整的工艺验证。后处理方式的选择取决于产品设计、所用材料及增材制造工艺特点。例如，金属植入物的热处理（以降低残余应力）、多孔结构中残留粉末的清除，以及后续机加工中辅助剂的清洗等关键步骤。

（来源：国家药监局医疗器械技术审评中心网站）