造骨细胞喜欢不同的骨科植入物设计

拉夫堡大学(Loughborough University)工程专家的新研究揭示了哪种结构最能促进骨骼愈合，这种新型骨科植入设备有望在未来问世，它能促进更快的愈合，并最终减轻英国国民医疗服务体系(NHS)的压力。

这项研究由《多功能材料制造》的读者卡门·托雷斯-桑切斯博士领导植入物目前正在使用的设计，并将它们与新的设计进行比较，以更好地理解骨骼生长细胞所青睐的结构。

托雷斯-桑切斯博士和她的研究团队发现，这些细胞对“拓扑”(一种结构在设计中排列的方式)很敏感，可以利用这一点帮助组织更快地愈合。

这篇新论文发表在先进工程材料杂志，甚至表明研究人员能够加速骨愈合通过调整设计。

托雷斯-桑切斯博士希望这项研究结果能够“在不久的将来看到临床应用，以帮助创伤和骨癌患者。”

该论文还被收录在“工程材料领域的女性”特辑中，对其实际意义给予了高度评价。

种植体设计和既往研究

骨科植入物是一种医疗设备，用于替代缺失的关节或骨骼部分，或支撑受损或患病的骨骼。

在人体中，骨骼由空隙和毛孔组成，这有助于赋予骨骼生物和机械特性。

植入物看起来就像这种多孔的结构为了促进更快的愈合和植入物在体内的融合，并复制骨骼的机械特性，包括其承受运动产生的力的能力。

Torres-Sanchez博士的研究中使用了两种新型的设计:三周期最小表面(TPMS)和小梁样结构。

这项研究是世界上为数不多的评估设计拓扑如何同时影响生物和机械性能的研究之一。

研究方法

Torres-Sanchez博士及其团队与工业伙伴alloy Ltd和Core Specialists Ltd合作，通过使用生物相容性材料(如钛)3D打印立方体(称为“支架”)测试了TPMS和小梁状结构的力学性能。

的机械性能通过施加力量来复制植入物在体内所承受的生理负荷来测试支架，以确定新的设计是否能够承受它们，以及在什么时候它们会失效。

通过在支架内部添加成骨前细胞(成骨细胞的前体细胞)来评估这种设计的生物学性能，以观察细胞是否能进化成矿物质骨．

发现

研究人员发现，细胞更喜欢孔隙的随机分布，比如在小梁支架中看到的，因为当孔隙结构没有组织时，它们似乎“识别出它们是家”。

研究人员能够调整设计细胞居住的“房子”加速矿物质的形成。

对于这项研究的重要性，托雷斯-桑切斯医生评论说:“持久成功的植入物，那些促进更快愈合的植入物，没有松动或感染等障碍，不需要第二次手术，对于NHS、患者和社会来说都是显而易见的。

“患者可以更快地恢复正常生活，减轻医院、理疗和护理人员的负担，过上更健康、更快乐、更积极的生活。

“我们工程师可以通过提供设计和支架来促进愈合，帮助加快患者康复，包括支持心理健康，从而为这一目标做出贡献。

“我们正在继续研究微调设计，这样我们就可以找到这些多功能支架的后续发展，甚至更吸引患者细胞．"

托雷斯-桑切斯博士补充说，这篇论文被刊登在《工程材料领域的女性》特别系列中是一种“荣幸”，她希望“更多的女孩和女性会被吸引到设计和制造领域工作，这个领域的男性人数通常超过男性。”