聚焦3D打印等技术奥精医疗推动个性化仿生矿化胶原儿童颌面骨修复植入器械应用研究

　　近期，工信部等十部委联合发布的《“十四五”医疗装备产业发展规划》明确提出，要“发展生物活性复合材料、人工神经、仿生皮肤组织、人体组织体外培养、器官修复和补偿等。推动先进材料、3D打印等技术应用，提升植介入器械生物相容性及性能水平。”
　　业内人士指出，当前我国的医疗3D打印材料正在不断更新发展。由于医疗3D打印产品主要作用于人体各个部位，对于植入物与身体本身机能的各种协调性提出了极大的挑战。因此，医疗3D打印材料对于产品的精密度、寿命、安全性都有较高的要求。
　　奥精医疗(688613)针对儿童大面积颅骨缺损、唇腭裂伴牙槽嵴裂和节段性骨干段缺损等三个临床上尚未有效解决的儿童骨再生修复难题，基于自主研发的产品——矿化胶原人工骨修复材料的高度仿生、可降解吸收、与自体骨再生速度匹配等优势，以及矿化胶原能够进行3D打印的材料特点，于2020年启动了个性化仿生矿化胶原儿童骨缺损修复与植入器械的相关科研项目研究工作。
　　2020年，经国家科技部生物技术发展中心批准，由奥精医疗承担，清华大学材料学院再生医学与仿生材料研究所所长王秀梅教授牵头的国家重点研发计划“生物医用材料研发与组织器官修复替代”重点专项“新一代功能型仿生矿化胶原儿童骨缺损再生植入器械的研发及临床转化”(项目编号：2020YFC1107600)正式立项。
　　据介绍，通常来说，由创伤、感染、先天畸形等原因造成的骨缺损在临床上十分常见。但是，因为儿童生理特点的特殊性，儿童骨修复材料和植入器械在设计和功能上和成人产品植入物相比，存在较大的差异和特殊性。
　　因此，该项目针对上述儿童骨再生修复难题，开发多维度仿生的新一代功能型矿化胶原骨材料及个性化骨再生植入器械，匹配儿童骨骼生长和引导新骨再生的复杂生理过程，实现骨组织再生修复、功能重建及美学重塑。

　　近期，工信部等十部委联合发布的《“十四五”医疗装备产业发展规划》明确提出，要“发展生物活性复合材料、人工神经、仿生皮肤组织、人体组织体外培养、器官修复和补偿等。推动先进材料、3D打印等技术应用，提升植介入器械生物相容性及性能水平。”
　　业内人士指出，当前我国的医疗3D打印材料正在不断更新发展。由于医疗3D打印产品主要作用于人体各个部位，对于植入物与身体本身机能的各种协调性提出了极大的挑战。因此，医疗3D打印材料对于产品的精密度、寿命、安全性都有较高的要求。
　　奥精医疗(688613)针对儿童大面积颅骨缺损、唇腭裂伴牙槽嵴裂和节段性骨干段缺损等三个临床上尚未有效解决的儿童骨再生修复难题，基于自主研发的产品——矿化胶原人工骨修复材料的高度仿生、可降解吸收、与自体骨再生速度匹配等优势，以及矿化胶原能够进行3D打印的材料特点，于2020年启动了个性化仿生矿化胶原儿童骨缺损修复与植入器械的相关科研项目研究工作。
　　2020年，经国家科技部生物技术发展中心批准，由奥精医疗承担，清华大学材料学院再生医学与仿生材料研究所所长王秀梅教授牵头的国家重点研发计划“生物医用材料研发与组织器官修复替代”重点专项“新一代功能型仿生矿化胶原儿童骨缺损再生植入器械的研发及临床转化”(项目编号：2020YFC1107600)正式立项。
　　据介绍，通常来说，由创伤、感染、先天畸形等原因造成的骨缺损在临床上十分常见。但是，因为儿童生理特点的特殊性，儿童骨修复材料和植入器械在设计和功能上和成人产品植入物相比，存在较大的差异和特殊性。
　　因此，该项目针对上述儿童骨再生修复难题，开发多维度仿生的新一代功能型矿化胶原骨材料及个性化骨再生植入器械，匹配儿童骨骼生长和引导新骨再生的复杂生理过程，实现骨组织再生修复、功能重建及美学重塑。
　　其中，课题3(编号：2020YFC1107603)—矿化胶原仿生骨修复小儿颌面部骨缺损畸形的临床研究，由北京大学口腔医院唇腭裂中心马莲教授作为课题负责人，并其团队与奥精医疗联合承担相关研究任务。
　　唇腭裂畸形是颌面部最常见的先天畸形，唇腭裂患儿伴发的牙槽嵴裂也是颌面部最常见的先天性骨缺损畸形。以往多在10岁左右采用自体松质骨移植进行修复，但髂骨自体骨移植需要开辟第二术区，对患儿术后局部外形、运动功能等可能带来不同程度的影响。
　　牙槽嵴裂缺损修复的特殊性在于，并非仅依靠移植物来重建上颌骨的连续性，同时需要牙胚能够在牙槽骨中正常的发育并移动萌出，生长发育期的牙齿的发育与移动非常迅速，且牙齿在牙槽骨移动的能力在整个生命过程中均存在。因此，植入材料能否在牙齿发育和移动过程中与自体牙槽骨相似的被吸收、替代和改建是需要解决的关键问题之一。
　　矿化胶原人工骨修复材料因其高度仿生、可降解吸收、与自体骨再生速度匹配等优势，具有解决牙槽嵴裂临床需求的潜力。同时，牙槽嵴裂的骨缺损形态非常特殊且因人而异，植入材料的骨接触面积足够、局部封闭良好以及植入材料的初期稳定性是保证骨成活和改建的关键因素，矿化胶原能够根据术前影像数据进行个性化3D打印的材料特点，也为未来真正能够适应个性化需求的牙槽嵴裂骨缺损修复提供了解决方案。
　　奥精医疗表示，根据牙槽嵴裂骨缺损畸形形态和颌骨强度的特点，公司设计并制备了特定结构、孔隙率特性的多孔结构仿生矿化胶原骨材料。相关材料于2021年6月由北京大学口腔医学院口腔医疗器械检验中心开展了理化性能和生物学测试和评价。
　　期间，马莲教授课题组选用巴马香猪作为实验动物，并根据其牙龄及牙齿更替与生长发育规律建立与先天性唇腭裂牙槽嵴裂患儿骨缺损修复年龄及牙龄相匹配的发育期动物模型，通过人为构建上颌骨节段性骨缺损，并造成软组织愈合后模型，模拟8-12岁先天性唇腭裂患儿牙槽嵴裂导致的先天性颌面骨缺损畸形。
　　在此动物模型上进行仿生矿化骨胶原材料的植入，进行连续性观察，分析不同愈合及骨改建时期骨植入材料与缺损周围组织的愈合情况、细胞分布、成骨能力、血管化过程及再生路径等，初步评价了材料在动物体内实验的安全性及有效性。
　　随后，课题组于2021年8月获得北京大学口腔医院伦理委员会批件(PKUSSIRB-202165089)，获准开展临床研究，遵循《医疗器械临床试验质量管理规范》，采用已批准上市的奥精医疗颗粒状矿化胶原仿生人工骨材料作为植入材料代替自体髂骨松质骨，修复8-12岁单侧唇腭裂患儿牙槽嵴裂，术后实施短期与长期的复查，并与既往年龄、性别、缺损畸形形态相匹配的自体髂骨松质骨移植患者成骨比例进行对比，开展该材料应用于单侧唇腭裂患儿牙槽嵴裂这一先天颌面骨缺损畸形修复中的安全性及有效性验证。
　　据奥精医疗介绍，基于以上大动物试验和临床观察试验的开展，后续课题组的主要研究内容为：
　　一是基于仿生矿化胶原的3D打印成型技术，结合临床儿童唇腭裂牙槽嵴裂的结构特点和力学要求，设计具有个性化结构和特点的患者匹配骨修复定制体，探索合理、高效的3D打印制备定制体的方法，规划打印的步骤、形式，并验证成型效果以及成品质量，制定出颌骨修复定制体的工艺标准。
　　二是以儿童唇腭裂牙槽嵴裂为典型病例，设计并制备不同规格的可供个性化修复定制体精准植入及固定的辅助手术工具，制订完善的仿生矿化胶原骨修复植入器械应用于临床个性化治疗儿童唇腭裂牙槽嵴裂的各阶段技术方案、评价体系、统计方法及术后跟踪评价，并开展前瞻性临床试验研究，为个性化仿生矿化胶原儿童颌面骨修复植入器械产业化提供科学依据。