CN116849878A - 一种体内功能化骨修复构件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及骨修复医疗器材技术领域，具体是指一种体内功能化骨修复构件，包括金属构架体、多孔内容物、外管道和营养输送装置，金属构架体的两端分别设有若干安装孔，金属构架体内设有放置多孔内容物的容纳腔，外管道一端与容纳腔的连通，另一端在体外连接营养输送装置，营养输送装置通过外管道向容纳腔内的多孔内容物输送营养；制备方法包括金属构架体、外管道和内管道的制备、多孔内容物的制备、营养输送装置制备、各部件组装及植入宿主和运行营养输送装置，本发明的骨修复构件通过合理的结构设计和制造，使得骨修复构件的血运建立、组织再生、结构重建和信息传输得到有效适配，将骨修复构件赋予了生命，为巨大骨缺损提供了可靠解决方案。

Description

一种体内功能化骨修复构件及其制备方法

技术领域

本发明涉及骨修复医疗器材技术领域，具体是指一种体内功能化骨修复构件及其制备方法。

背景技术

骨骼是人体整体结构的力学支撑部分，对于微小损伤具有自我修复能力，当缺损大于2cm必须采用骨修复构件进行治疗。这种骨修复构件除具备生物相容和形态相符外，更重要的是组织再生和力学性能的适配，尤其极限骨缺损(＞6cm)。为突破长节段力学结构重建和组织再生匹配这一世界难题，涌现出大量的探索研究和发明创造，例如：

公开号为CN1268583C的中国专利公开了可控微结构的多孔生物陶瓷、其制备方法及应用，中国专利ZL200710047210.6公开了多孔陶瓷的制备方法，两个专利均通过调控材料微结构提高材料再生能力；

公开号为CN1542120的中国专利公开了一种细胞反应器，用于组织再造工程、可供将生物细胞在单一环境下接种于生物支架的细胞反应器，公开号为CN1257971C的中国专利公开了一种动态三维输入式组织反应装置，两个专利均使用体外反应装置提高材料再生能力；

公开号为CN100540071的中国专利公开了一种医用增强型多孔生物陶瓷、制备方法及其应用，通过材料增强技术提高力学性能；

公开号为CN104188738B的中国专利公开了一种多功能体内骨发生器，公开号为CN110882417A的中国专利公开了一种复合多孔生物陶瓷的金属假体及其制备方法，公开号为CN114569799A的中国专利公开了一种承载模块化陶瓷的金属假体及其制备方法，上述专利通过无机和金属材料结合提高修复能力与力学匹配度。

对大段骨修复构件往往需要加载细胞和生物活性物以提高修复能力，但是，当构件植入体内无法快速完成血运重建，引发细胞凋亡、活性物丢失、力学性能下降等诸多问题。为此，本发明旨在解决大段骨修复构件内细胞和组织营养难题，为骨组织和器官缺损修复奠定基础。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服上述技术缺陷，提供一种体内功能化骨修复构件及其制备方法。

体内功能化骨修复构件，包括金属构架体、多孔内容物、外管道和营养输送装置，所述金属构架体的两端分别设有若干安装孔，所述金属构架体内设有放置多孔内容物的容纳腔，所述外管道一端与容纳腔的连通，另一端在体外连接营养输送装置，所述营养输送装置通过外管道向容纳腔内的多孔内容物输送营养。

进一步地，所述多孔内容物呈多孔结构的颗粒状，所述金属构架体内设有内置管，所述内置管的管壁上设有若干侧孔，所述内置管的一端与外管道连通，另一端伸入多孔内容物内，所述营养输送装置通过外管道、内置管向容纳腔内输送营养物质，营养物质在多孔内容物的多孔结构上流动，所述内置管与多孔内容物上的多孔形成在金属构架体内输送营养物质的内管道。

进一步地，所述多孔内容物呈模块体，每个多孔内容物上设有若干相互贯通的营养液流动孔，数个多孔内容物之间通过营养液流动孔相互连通形成内管道，所述外管道一端与其中一个多孔内容物上的营养液流动孔连通，所述营养输送装置通过外管道向多孔内容物输送营养物质。

进一步地，所述金属构架体上有数个贯通孔将容纳腔与外部连通。

进一步地，所述营养输送装置包括储存营养液的储存罐和动力装置，所述储存罐与外管道连接，所述动力装置设在储存罐与外管道之间的管道上。

进一步地，所述储存罐的容量为500毫升，但不仅限于所述容量。

体内功能化骨修复构件的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1、金属构架体、外管道和内管道的制备：根据患者病损部位影像学数据，建立有限元分析模型，以拓扑数学原理设计金属构架体、外管道、内管道的力学结构和材质选择，制作金属构架体、外管道和内管道；

步骤S2、多孔内容物的制备：根据所述步骤S1中金属构架体的形态、尺寸和结构，以及多孔内容物表面和内部结构的要求设计出多孔内容物及材料选择，制作多孔内容物；

步骤S3、营养输送装置制备：所述营养输送装置由储存罐、管道和智能动力装置组成，与外导管连接，为所述营养物的储存、输送和调控提供条件。

步骤S4、各部件组装及植入宿主：在金属架构体内安装多孔内容物，连通外管道和内管道后，通过外科手术植入宿主，金属架构体一端通过固定钉连接于近端宿主骨，另一端同样采用固定钉连接于远端宿主骨，并通过外管道连接营养输送装置；金属架构体上的通孔外侧覆盖的宿主组织能吸收过剩的液体和代谢物，或者通过引流管直接排出体外。

步骤S5、运行营养输送装置：储存罐注满营养液后启动动力装置，进行骨修复构件体内功能化构建，使得细胞和组织持续获得营养和氧份供给而生长和分化，当达到预期目标后逐步减少所述营养液供给量，促进自身血管化，最后撤除所述营养输送装置，保留所述金属构架和所述多孔内容物于治疗部位，所述多孔内容物逐步被新生组织所替代，所述金属构架被再生组织所包埋，形成钢筋混凝骨临床疗效。

本发明优点：本发明的骨修复构件通过合理的结构设计和制造，使得骨修复构件的血运建立、组织再生、结构重建和信息传输得到有效适配，赋予骨修复构件生命，为巨大骨缺损提供了可靠解决方案。金属构架体为骨缺损部位提供强有力的机械支撑，多孔内容物为细胞和生物活性物复合提供载体，为血管和组织再生提供修复环境，采用营养输送装置在体内为骨修复构件内的细胞和组织提供必不可少的生存物质，营养液形成的剪切力促进细胞分化，最终实现治疗巨大骨缺损的目标。

附图说明

图1是本发明的体内功能化骨修复构件示意图；

图2是本发明的多孔内容物为颗粒状的体内功能化骨修复构件示意图；

图3是本发明的一种颗粒状多孔内容物示意图；

图4是本发明体的多孔内容物为模块体的体内功能化骨修复构件示意图；

图5是本发明体的内功能化骨修复构件制备及使用流程图；

图6是本发明体的多孔内容物负载干细胞的静态和动态培养中葡萄糖耗量图；

图7是本发明体的多孔内容物负载干细胞的静态和动态培养中组织学定量分析图。

如图所示：1、金属构架体；2、多孔内容物；3、外管道；4、内置管；5、安装孔；6、容纳腔；7、营养输送装置；8、侧孔；9、通孔；10、营养液流动孔；13、远端宿主骨；14、近端宿主骨；15、固定钉；701、储存罐；702、动力装置；7011、加液口；7012、单向调压阀；7013、单向出口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

构件实施例1、多孔内容物为颗粒状

如图1、2、3所示，体内功能化骨修复构件，包括金属构架体1、多孔内容物2、外管道3和营养输送装置7，所述金属构架体1的两端分别设有若干安装孔5，所述金属构架体1内设有放置多孔内容物2的容纳腔6，所述外管道3一端与容纳腔6连通，另一端在体外连接营养输送装置7，所述营养输送装置7通过外管道3向容纳腔6内的多孔内容物2输送营养，所述多孔内容物2呈多孔结构的颗粒状，所述金属构架体1内设有内置管4，所述内置管4的管壁上设有若干侧孔8，所述内置管4的一端与外管道3连通，另一端伸入多孔内容物2内，所述营养输送装置7通过外管道3、内置管4向容纳腔6内输送营养物质，营养物质在多孔内容物2的多孔结构内流动，所述内置管4与多孔内容物2上的多孔形成在金属构架体1内输送营养物质的内管道，所述金属构架体1上有数个贯通孔9将容纳腔6与外部连通。

构件实施例2、多孔内容物为模块体

如图1和4所示，包括金属构架体1、多孔内容物2、外管道3和营养输送装置7，所述金属构架体1的两端分别设有若干安装孔5，所述金属构架体1内设有放置多孔内容物2的容纳腔6，所述外管道3一端与容纳腔6连通，另一端在体外连接营养输送装置7，所述营养输送装置7通过外管道3向容纳腔6内的多孔内容物2输送营养，所述多孔内容物2呈模块体，每个多孔内容物2上设有若干相互贯通的营养液流动孔10，每个多孔内容物2之间通过营养液流动孔10相互连通形成内管道，所述外管道3的一端与其中一个多孔内容物2上的营养液流动孔10连通，所述营养输送装置7通过外管道3向多孔内容物2输送营养物质。

上述两个实施例中，所述多孔内容物2呈颗粒状，粒径控制在3-5mm，多孔内容物2为多孔结构设有营养液流动孔10，多孔内容物2的孔径为500-600μm，孔隙率为63％；

所述金属构架体1内设有至少一个容纳腔6，并有外部连通的通孔9，在整个营养液输入过程中，过剩液体和代谢物通过宿主组织自我吸收而消除，也可插入引流管排出体外，如图中金属架构体1上的贯通孔9实现，即过剩液体和代谢物通过贯通孔9进入宿主组织自我吸收消除，或贯通孔9连接引流管排出体外；

所述营养输送装置7包括储存营养液的储存罐701和动力装置702，所述储存罐701与外管道702通过管道连接，所述动力装置702设在储存罐701与外管道3之间的管道上，所述储存罐701其容量为500毫升；

金属架构体1：所述金属构架体可以采用3D打印、铸造、锻造和机械加工中的至少一种方法制备，但不仅限于所述方法；所述金属构架采用金及其合金、银及其合金、铜及其合金、铁及其合金、钛及其合金、钽及其合金、铝及其合金、镁及其合金中的至少一种，但不仅限于所述材料；金属构架体与宿主骨连接时，可采用固定钉9连接如图2所示，但不仅限于所述连接方法。

多孔内容物2：所述多孔内容物的制作材料，包括羟基磷灰石及其掺杂物、磷酸三钙及其掺杂物、氧化铝及其掺杂物、氧化锆及其掺杂物、二氧化钛及其掺杂物、二氧化硅及其掺杂物、铝镁尖晶石及其掺杂物中的至少一种，但不仅限于所述材料，所述多孔内容物发挥引导血管和组织再生作用；所述多孔内容物采用3D打印、模压、注浆和挤出成形中的至少一种方法制备出互通性多孔结构，为细胞和组织长入及营养物质交换提供条件；所述多孔内容物为三维几何形态，包括圆柱体、四边形柱、六边形柱、解剖形中的至少一种，但不仅限于所述形态；

所述多孔内容物2能加入生物活性物、细胞和组织中的至少一种，生物活性物如骨形成蛋白、神经生长因子、血管内皮生长因子等，细胞如成骨细胞、软骨细胞、间充质干细胞、坯体干细胞等，组织如自体骨和软骨组织及异体骨和软骨组织等，但不仅限于所述物质，提高所述骨修复构件的组织再生能力；

外管道3：不少于1条，直径大于或等于0.5毫米，连通营养输送装置和金属构架体内的多孔内容物2，为所述骨修复构装置内营养输送提供通道；

内管道：包括两种形式：

第一种内管道形式：多孔内容物为颗粒状，金属构架体1内设有至少一个内置管4，内置管4与多孔内容物2上的多孔形成在金属构架体1内输送营养物质的内管道，内置管4直径大于或等于0.5毫米，内置管的管壁有不少于一个侧孔8，与所述多孔内容物2的多孔结构互通，所述侧孔8的孔径能够确保所述营养液流动即可不予限定；

第二种内管道形式：多孔内容物为模块体，每个多孔内容物2上设有若干相互贯通的营养液流动孔10，每个多孔内容物2之间通过营养液流动孔10相互连通形成内管道，所述外管道3的一端与其中一个多孔内容物2上的营养液流动孔10连通，所述营养输送装置7通过外管道3向多孔内容物2输送营养物质。

营养输送装置7：包括储存罐701、动力装置702和若干管道；

储存罐701：用于营养液存放，并通过管道与动力装置702及多孔内容物2连通，其容量≥50毫升，可以采用硅胶、塑料、金属等材料制作，硅胶包括甲基硅橡胶、甲基乙烯基硅橡胶、苯基硅橡胶、氟硅橡胶等，塑料如聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚酰胺、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯等，金属包括金及其合金、银及其合金、铜及其合金、铁及其合金、钛及其合金、钽及其合金、铝及其合金、镁及其合金等。

动力装置702为智能动力装置包括微量泵、压力传感器、酸碱度传感器和调控装置组成，实现定时定量向所述骨修复构件输送营养和智能调控功能。

所述微量泵为营养输送提供动力，使得所述营养液能够在所述骨修复构件内均匀分布和交换，确保细胞和组织成活和增殖分化，其输出量不小于1毫升/小时，但不仅限于所述输出量。

所述智能动力装置至少有一个压力传感器，能够动态观察所述骨修复构件内和植入部位组织压力，获知所述管道系统的通畅情况，通过所述调控装置智能调节所述微量泵的输出量。

所述智能动力装置至少有一个酸碱度传感器，能够动态观察所述骨修复构件内和植入部位组织的pH值，获知所述骨修复构件内细胞和组织供养状况，通过所述调控装置智能调节所述微量泵的输出量。

本发明体内功能化骨修复构件的制备，如图5所示，包括以下步骤：

步骤S1、金属构架体1、外管道3和内管道的制备：根据患者病损部位影像学数据，建立有限元分析模型，以拓扑数学原理设计金属构架体、外管道、内管道的力学结构和材质选择，制作金属构架体、外管道和内管道；

步骤S2、多孔内容物2的制备：根据所述步骤S1中金属构架体的形态、尺寸和结构，以及多孔内容物表面和内部结构的要求设计出多孔内容物及材料选择，制作多孔内容物；

步骤S3、营养输送装置7制备：所述营养输送装置7由储存罐701、管道和智能的动力装置702组成，与外导管连接，为所述营养物的储存、输送和调控提供条件。

步骤S4、各部件组装及植入宿主：在金属架构体1内安装多孔内容物2，将金属架构体1、外管道3和内管道4通过外科手术植入宿主，内管道4设在金属架构体1内，金属架构体1一端通过固定钉15连接于14近端宿主骨，另一端同样采用固定钉15连接于13远端宿主骨，并通过外管道3连接营养输送装置7。

步骤S5、运行营养输送装置7：储存罐701装满营养液后，启动动力装置702，对所述骨修复构件进行体内功能化构建，使得细胞和组织持续获得营养和氧份供给而生长和分化，当达到预期目标后逐步减少所述营养液的供给量，促进自身血管化形成，最后撤除所述营养输送装置，保留所述金属构架和所述多孔内容物于治疗部位，所述多孔内容物逐步被新生组织所替代，所述金属构架被再生组织所包埋，形成钢筋混凝骨临床疗效。验证1、验证本发明所述体内功能化骨修复构件制备方法的可行性和实用性

采用本发明所述方法制备一个形态与胫骨下2/3一致和长度210毫米大段骨修复构件，步骤包括：

步骤S1，制备金属构架体；

步骤S2，制备多孔内容物；

步骤S3，制备营养输送装置；

步骤S4，各部件组装及植入；

步骤S5，运行营养输送装置。

根据所述步骤S1：

采集患者病损部位和对侧健康肢体的CT影像学数据，建立有限元分析模型，以拓扑数学原理设计金属构架体1的主要受力为致密结构，非承重或次承重区域为多孔结构；

采用钛合金3D打印制备所述金属构架体1，其形态和尺寸与所需修复的骨缺损一致，在所述金属构架体1的上端和下端分别形成3个和2个横向对穿钉孔即固定钉15的安装孔5，实现所述金属构架体1与宿主骨通过固定钉15连接固定。

根据所述步骤S2:选择符合所述金属构架体1形态、尺寸和结构，以及所述多孔内容物2表面和内部结构的要求，多孔内容物2采用可降解的磷酸三钙粉体为原料，通过注浆成形方法制备出磷酸三钙多孔生物陶瓷颗粒，粒径为直径3毫米至5毫米，孔径为500微米至600微米，孔隙率为63％，内连接径为100微米至120微米，将所述陶瓷颗粒装满所述金属构架体的容纳腔形成所述颗粒状的多孔内容物。在多孔内容物中央插入一根管径为5毫米带若干侧孔的硅胶管道，形成内管道。

根据所述步骤S3：所述营养输送装置7由储存罐701、管道系统和动力装置702组成，为所述营养物的储存、输送和调控提供条件，所述储存罐701用于营养液存放，所述储存罐701采用聚甲基丙烯酸甲酯制成，含有一个加液口7011、一个单向调压阀7012和一个单向出口7013，其容量为500毫升，所述管道系统包括储存罐701、动力装置702之间的输送管道，以及内管道和外管道，为所述骨修复构件内部输送营养奠定基础。

所述动力装置702为智能动力装置包括微量泵、压力传感器、酸碱度传感器和调控装置组成，实现定时定量向所述骨修复体输送营养和智能调控功能；

所述微量泵为营养输送提供动力，使得所述营养液能够在所述骨修复构件内均匀分布和交换，确保细胞和组织成活和增殖分化，其输出量为10毫升/小时；

所述智能动力装置内至少有一个酸碱度传感器，动态观察所述骨修复构件内和植入部位组织的pH值，获知所述骨修复构件内细胞和组织供养状况，通过所述调控装置智能调节所述微量泵的输出量；在整个营养液输入过程中，过剩液体和代谢物可通过宿主组织自我吸收而消除。

根据所述步骤S4：所述多孔内容物2装入所述金属构架体1后，通过外科手术植入患者治疗部位，随后安装营养输送装置7，使其完整化所述体内功能化的骨修复构件的相应条件。

根据所述步骤S5：所述储物罐701装满营养液后，启动所述微量泵和调控装置，对所述骨修复构件进行体内功能化构建，使得细胞和组织持续获得营养和氧份供给而生长和分化，当达到预期目标后逐步减少所述营养液供给，促进自身血管化形成，最后撤除所述营养输送装置7，保留金属构架体1和多孔内容物2于治疗部位，所述金属构架体1内被再生组织所填充，形成钢筋混凝骨的临床疗效。

验证2：验证营养液输入对本发明所述多孔内容物的细胞生长影响

采用有机模板灌浆烧结技术制备中空圆柱多孔磷酸三钙生物陶瓷即制作模块状的多孔内容物，中空圆柱为营养液流动孔，所述生物陶瓷的成分为纯度99％的磷酸三钙，孔隙率为75％，孔径为400-500微米，内连接径为100-150微米，若干营养液流动孔之间完全互通，并向模块状的多孔内容物外表面开放，制作多孔内容物的载体采用220℃经120分钟灭菌消毒；

将绵羊骨髓干细胞通过所述中空管复合到整个制作多孔内容物的载体内，将其进行动态培养和静态培养，所述动态培养组为6个样品，是复合细胞的所述多孔内容物连接本发明所述营养输送装置进行持续细胞营养液输入；静态培养组为6个样品，是复合细胞的所述多孔内容物直接浸泡于相同的细胞营养液中进行培养，如图6和7所示；

上述两组培养2、4周观察葡萄糖日耗量、细胞活力即MTT比色法检测以及硬组织切片、检测干细胞在载体内的扩增情况；

结果显示：葡萄糖日耗量随培养时间延长而增加,培养前2周较后2周增加更迅速,动态培养组明显大于静态培养组(P＜05)；

细胞活力随培养时间延长而增大,动态培养组明显高于静态培养组，动态培养4周时细胞活力高于2周(P＜05),而静态培养2周和4周时细胞活力未发生显著变化(P＞05)，在动态灌注培养下,骨髓干细胞能够在大段载体中心及周缘存活增殖,而在静态培养下,骨髓干细胞仅能在载体周缘存活增殖,细胞数量明显少于动态培养组，动态培养4周细胞占孔率明显大于2周(P＜05)，静态培养4周和2周细胞占孔率无显著性变化(P＞05)。

上述研究证实了本发明的体内功能化骨修复构件技术能明显增加构件内细胞存活和增殖,提高组织和器官的修复能力。

验证3、验证本发明所述体内功能化骨修复构件的临床应用价值和意义：

9岁男孩左股骨中下段的恶性骨肉瘤必须实施肿瘤切除或截肢，否则将危及患者生命；

通过外科手术切除肿瘤和防范区骨，形成左股骨中下段210毫米的大段骨缺损，两端保留宿主骨和关节面；

将制备的本发明体内功能化骨修复构件坎入骨缺损区；金属构架体上端3个固定钉的安装孔横向对穿与胫骨近端存留的宿主骨固定，通过金属构架体下端2个固定钉的安装孔横向对穿与胫骨远端存留的宿主骨固定，实现即时解剖结构连续性重建，恢复机械支撑功能，术后1周患者下地活动；

为确保所述体内功能化骨修复构件内组织营养和快速长入，在所述储存罐装入480毫升带自体血清细胞培养液，启动所述营养输送装置，所述培养液输出量为10毫升/小时，维持14天，每两天加入480毫升所述培养液，术后第15天开始每三天减少2毫升所述输出量，直至第30天停止输入所述营养液，撤除所述营养输送装置，2个月后X光片显示胫骨两端宿主骨与所述骨修复构件的界面完全融合为一体，所述多孔内容物内可见新骨形成，6个月后患者完全恢复正常生活，随访3.5年未有并发症发生。

通过上述三组验证，证实本发明所述体内功能化骨修复构件完全能用于大段骨缺损治疗，其可行性和临床疗效是显而易见的。

以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种体内功能化骨修复构件，其特征在于：包括金属构架体、多孔内容物、外管道和营养输送装置，所述金属构架体的两端分别设有若干安装孔，所述金属构架体内设有放置多孔内容物的容纳腔，所述外管道一端与容纳腔连通，另一端在体外连接营养输送装置，所述营养输送装置通过外管道向容纳腔内的多孔内容物输送营养。

2.根据权利要求1所述的一种体内功能化骨修复构件，其特征在于：所述多孔内容物呈多孔结构的颗粒状；

所述金属构架体内设有内置管，所述内置管的管壁上设有若干侧孔，所述内置管的一端与外管道连通，另一端伸入放有多孔内容物的容纳腔内，所述营养输送装置通过外管道、内置管向容纳腔内输送营养物质，营养物质在多孔内容物的多孔结构内流动，所述内置管与多孔内容物上的多孔形成在金属构架体内输送营养物质的内管道。

3.根据权利要求1所述的一种体内功能化骨修复构件，其特征在于：所述多孔内容物呈模块体，每个多孔内容物上设有若干相互贯通的营养液流动孔，多个多孔内容物之间通过营养液流动孔相互连通形成内管道，所述外管道的一端与其中一个多孔内容物上的营养液流动孔连通，所述营养输送装置通过外管道向多孔内容物输送营养物质。

4.根据权利要求1所述的一种体内功能化骨修复构件，其特征在于：所述金属构架体上有数个贯通孔将容纳腔与外部连通。

5.根据权利要求1所述的一种体内功能化骨修复构件，其特征在于：所述营养输送装置包括储存营养液的储存罐和动力装置，所述储存罐与外管道连接，所述动力装置设在储存罐与外管道之间的管道上。

6.根据权利要求5所述的一种体内功能化骨修复构件，其特征在于：所述储存罐其容量为500毫升。

7.如权利要求1-7中任一所述的体内功能化骨修复构件的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1、金属构架体、外管道和内管道的制备：根据患者病损部位影像学数据，建立有限元分析模型，以拓扑数学原理设计金属构架体、外管道、内管道的力学结构和材质选择，制作金属构架体、外管道和内管道；

步骤S2、多孔内容物的制备：根据所述步骤S1中金属构架体的形态、尺寸和结构，以及多孔内容物表面和内部结构的要求设计出多孔内容物及材料选择，制作多孔内容物；

步骤S3、营养输送装置制备：所述营养输送装置由储存罐、管道和智能的动力装置组成，与外管道连接，为所述营养物的储存、输送和调控提供条件。

步骤S4、各部件组装及植入宿主：在金属架构体内安装多孔内容物，将金属架构体、外管道和内管道通过外科手术植入宿主，内管道设在金属架构体内，金属架构体一端通过固定钉与近端宿主骨固定连接，另一端同样采用固定钉与远端宿主骨固定连接，并通过外管道连接营养输送装置，金属架构体上的通孔外侧覆盖的宿主组织能吸收过剩的液体和代谢物，或者通过引流管直接排出体外；

步骤S5、运行营养输送装置：储存罐注满营养液，启动动力装置，对骨修复构件进行体内功能化构建，使得细胞和组织持续获得营养和氧份供给而生长和分化，当达到预期目标后逐步减少所述营养液供给量，促进自身血管化形成，最后撤除所述营养输送装置，保留所述金属构架和所述多孔内容物于治疗部位，所述多孔内容物逐步被新生组织所替代，所述金属构架被再生组织所包埋，形成钢筋混凝骨临床疗效。