กระดูกเทียมหมายถึง วัสดุคล้าย กระดูกที่สร้างขึ้นในห้องปฏิบัติการซึ่งสามารถใช้ในการปลูกถ่ายกระดูกเพื่อทดแทนกระดูกมนุษย์ที่สูญเสียไปเนื่องจากกระดูกหักอย่างรุนแรง โรคภัยไข้เจ็บ ฯลฯ^{[ 1 ]}

กระดูกหัก ซึ่งเป็นการแตกหักของกระดูกทั้งหมดหรือบางส่วน เป็นภาวะที่พบได้บ่อยมาก โดยมีผู้ป่วยมากกว่า 3 ล้านรายในสหรัฐอเมริกาต่อปี^{[ 2 ]}กระดูกของมนุษย์มีความสามารถในการสร้างใหม่ได้เองโดยผ่านวัฏจักรของการสลายกระดูกและการสร้างกระดูก เซลล์ที่รับผิดชอบในการสลายกระดูกคือออสทีโอคลาสต์ในขณะที่เซลล์ที่รับผิดชอบในการสร้างกระดูกคือออสทีโอบลาสต์ กล่าวคือ ร่างกายมนุษย์สามารถสร้างกระดูกที่หักขึ้นใหม่ได้ อย่างไรก็ตาม หากความเสียหายต่อกระดูกเกิดจากโรคหรือการบาดเจ็บรุนแรง ร่างกายจะซ่อมแซมตัวเองได้ยาก เมื่อร่างกายมนุษย์ไม่สามารถสร้างเนื้อเยื่อกระดูกที่สูญเสียไปได้ ศัลยแพทย์จะเข้ามาทำการผ่าตัดเพื่อทดแทนกระดูกที่หายไปโดยใช้ออโตกราฟต์ อัลโลกราฟต์ และกราฟต์สังเคราะห์ (กระดูกเทียม) เมื่อเปรียบเทียบกระดูกเทียมกับออโตกราฟต์และอัลโลกราฟต์แล้ว กระดูกเทียมมีความรุกล้ำน้อยกว่าและเข้ากันได้ทางชีวภาพมากกว่า เนื่องจากหลีกเลี่ยงความเสี่ยงของการติดเชื้อไวรัสที่ไม่ทราบสาเหตุ^{[ 3 ]}

ในการออกแบบวัสดุชีวภาพที่ฝังในร่างกาย เกณฑ์สำคัญคือความเข้ากันได้ทางชีวภาพการนำกระดูกความพรุนสูงและความเข้ากันได้ทางชีวกลศาสตร์ กระดูกเทียมในตอนแรกทำจากวัสดุเช่นโลหะและเซรามิกแข็ง ซึ่งมีความแข็งแรงเพียงพอที่จะรับน้ำหนักในกระดูกได้ อย่างไรก็ตาม ความแข็งของวัสดุเหล่านั้นสร้างภาระอย่างมากให้กับผู้ป่วยและไม่สอดคล้องกับเกณฑ์สำหรับวัสดุชีวภาพที่ฝังในร่างกาย กระดูกเทียมที่ทำจากโลหะและเซรามิกมักมีความเข้ากันได้ทางชีวภาพไม่ดี เนื่องจากยากที่จะผสมผสานเข้ากับเนื้อเยื่อกระดูก^{[ 4 ]}ดังนั้น เพื่อช่วยให้ผู้ที่ต้องการมีชีวิตที่สะดวกสบายมากขึ้น วิศวกรจึงได้พัฒนาเทคนิคใหม่ ๆ เพื่อผลิตและออกแบบโครงสร้างและวัสดุกระดูกเทียมที่ดีขึ้น

ส่วนประกอบหลักสองอย่างของกระดูกคือไฮดรอกซีอะพาไทต์ ( Ca ₁₀ (PO ₄ ) ₆ (OH) ₂ ) และเส้นใยคอลลาเจน ไฮดรอกซีอะพาไทต์ซึ่งเป็นรูปแบบหนึ่งของแคลเซียมฟอสเฟตที่เสถียรที่สุด ประกอบขึ้นเป็นกระดูกประมาณ 60 ถึง 65 เปอร์เซ็นต์^{[ 5 ]}ส่วนที่เหลือของกระดูกประกอบด้วยวัสดุต่างๆ เช่นคอนดรอยตินซัลเฟตเคราแทนซัลเฟตและไขมัน [ ^{5 ] การวิจัยและความรู้ที่เพิ่มขึ้นเกี่ยวกับการ จัด}ระเบียบ โครงสร้าง และคุณสมบัติของคอลลาเจนและไฮดรอกซีอะพาไทต์ นำไปสู่การพัฒนามากมายในโครงสร้างคอลลาเจนในวิศวกรรมเนื้อเยื่อ กระดูก โครงสร้างของไฮดรอกซีอะพาไทต์คล้ายคลึงกับกระดูกดั้งเดิมมาก และคอลลาเจนสามารถทำหน้าที่เป็นสายเคเบิลระดับโมเลกุลและช่วยปรับปรุงความเข้ากันได้ทางชีวภาพของวัสดุปลูกถ่ายให้ดียิ่งขึ้น^{[ 6 ]}

ในสหรัฐอเมริกา มีรายงานความบกพร่องของกระดูกมากกว่า 6.5 ล้านราย และกรณีการบาดเจ็บที่ใบหน้ามากกว่า 3 ล้านรายในแต่ละปี ทั่วโลกมีการผ่าตัดปลูกถ่ายกระดูกมากกว่า 2.2 ล้านครั้งต่อปี สาเหตุทั่วไปของการผ่าตัดปลูกถ่ายกระดูก ได้แก่ การตัดเนื้องอก ความผิดปกติแต่กำเนิด การบาดเจ็บ กระดูกหัก การผ่าตัด โรคกระดูกพรุน และโรคข้ออักเสบ^{[ 2 ]}จากการสำรวจการดูแลทางการแพทย์ผู้ป่วยนอกแห่งชาติ (NAMCS) ในปี 2553 พบว่ามีผู้เข้ารับการรักษาในแผนกศัลยกรรมกระดูกประมาณ 63 ล้านราย และเข้ารับการรักษาในห้องฉุกเฉินเนื่องจากกระดูกหักประมาณ 3.5 ล้านรายในสหรัฐอเมริกา ในจำนวนผู้ป่วยกระดูกหักหรือความบกพร่องของกระดูก 6.5 ล้านรายนั้น มีผู้เข้ารับการรักษาในโรงพยาบาลประมาณ 887,679 ราย^{[ 7 ]}

การวิจัยเกี่ยวกับประเภทของวัสดุในการปลูกถ่ายกระดูกนั้นโดยทั่วไปมุ่งเน้นไปที่การผลิตวัสดุผสมของพอลิแซ็กคาไรด์อินทรีย์ ( ไคติน ไคโตซาน อัลจิเนต ) และแร่ธาตุ ( ไฮดรอกซีอะพาไทต์ ) โครงสร้าง อัลจิเนตซึ่งประกอบด้วยไอออนแคลเซียมที่เชื่อมโยงกันนั้นกำลังได้รับการสำรวจอย่างจริงจังในการสร้างผิวหนัง ตับ และกระดูกขึ้นใหม่^{[ 8 ]}ความสามารถในการสร้างโครงสร้างและทำให้อัลจิเนตเป็นพอลิแซ็กคาไรด์ ชนิดใหม่ แม้ว่าแร่ธาตุหลายชนิดสามารถปรับให้เข้ากับองค์ประกอบของกระดูกได้ แต่ไฮดรอกซีอะพาไทต์ยังคงเป็นวัสดุหลัก เนื่องจากความแข็งแรงและแบบจำลองกระดูกมนุษย์ของ Jager-Fratzl ที่รู้จักกันดีนั้นเป็นกรอบการทำงานที่มีอยู่แล้วสำหรับการเว้นระยะห่างและการผลิต

วัสดุที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานในกระดูกเทียมต้องมีคุณสมบัติเข้ากันได้ทางชีวภาพสามารถนำกระดูก ได้ และมีความแข็งแรงทางกล^{[ 5 ]}ไฮดรอกซีอะพาไทต์มักถูกใช้ในการศึกษาเกี่ยวกับกระดูกเทียม เนื่องจากมีคุณสมบัติเข้ากันได้ทางชีวภาพและสามารถนำกระดูกได้ ซึ่งจำเป็นสำหรับการปลูกถ่ายกระดูกที่มีประสิทธิภาพและใช้งานได้ยาวนาน แต่ค่อนข้างเปราะ^{[ 5 ]}และยังมีอัตราการละลายประมาณ 10% ต่อปี ซึ่งช้ากว่าอัตราการเติบโตของกระดูกที่สร้างขึ้นใหม่มาก จึงจำเป็นต้องมีมาตรการเพื่อเพิ่มอัตราการละลาย^{[ 9 ]}สำหรับการใช้งานที่ต้องการวัสดุที่มีความเหนียวที่ดีกว่า อาจใช้ มุกเทียม ที่มีโครงสร้างระดับนาโน เนื่องจากมีความแข็งแรงดึงสูงและ โมดู ลัสของยังสูง^{[ 10 ]}ในหลายกรณี การใช้วัสดุเพียงประเภทเดียวจะจำกัดความสามารถของการปลูกถ่ายกระดูกเทียม ดังนั้นจึงมีการใช้วัสดุผสม วัสดุปลูกถ่ายที่ประกอบด้วยไคโตซานและไฮดรอกซีอะพาไทต์ใช้ประโยชน์จากความเข้ากันได้ทางชีวภาพของไคโตซานและความสามารถในการขึ้นรูปเป็นรูปทรงที่มีรูพรุนซับซ้อน ตลอดจนคุณสมบัติการนำกระดูกของไฮดรอกซีอะพาไทต์ เพื่อสร้างวัสดุผสมที่มีคุณสมบัติทั้งสามประการ^{[ 5 ]}วัสดุผสมอื่นๆ ที่เหมาะสมสำหรับการใช้ในกระดูกเทียม ได้แก่ วัสดุที่ใช้อัลจิเนต ซึ่งเป็นพอลิเมอร์ชีวภาพที่รู้จักกันดีในด้านคุณสมบัติการสร้างโครงสร้าง การใช้อัลจิเนตในวัสดุผสม ได้แก่ วัสดุผสมไคโตซานสำหรับการซ่อมแซมเนื้อเยื่อกระดูก วัสดุผสมไบโอแก้วสำหรับการซ่อมแซมหรือทดแทนกระดูกที่บกพร่องหรือเป็นโรค หรือวัสดุผสมเซรามิก-คอลลาเจนสำหรับการสร้างกระดูกใหม่^{[ 8 ]}วัสดุที่ใช้ในวัสดุปลูกถ่ายกระดูกเทียมนั้นขึ้นอยู่กับประเภทของวัสดุปลูกถ่ายที่สร้างขึ้นและการใช้งานเป็นหลัก

การพิมพ์ 3 มิติ กำลังกลายเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการผลิตกระดูกเทียม ขั้นแรก จะสร้างแบบจำลองกระดูกโดยใช้การสร้างภาพใหม่จากภาพสแกน CAT ที่ได้จากผู้ป่วย จากนั้นจะใช้วัสดุกระดูกเทียมเป็น "เส้นใย" สำหรับการพิมพ์ 3 มิติ ตามความละเอียดของการปลูกถ่าย แบบจำลองกระดูก 3 มิติจะถูกแบ่งออกเป็นหลายชั้น เครื่องพิมพ์จะพิมพ์ชั้นหนึ่ง จากนั้นพิมพ์ชั้นถัดไปทับชั้นสุดท้าย จนกระทั่งได้กระดูกเทียมออกมา งานวิจัยล่าสุดส่วนใหญ่แสดงให้เห็นว่าผลึกนาโนไฮดรอกซีอะพาไทต์ (HA) เป็นวัสดุที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการพิมพ์กระดูกเทียมแบบ 3 มิติ ผลึกนาโน HA ถูกสังเคราะห์โดยการสังเคราะห์แบบเปียกโดยใช้ไดแอมโมเนียมฟอสเฟตและแคลเซียมคลอไรด์เป็นสารตั้งต้นของฟอสฟอรัสและแคลเซียมตามลำดับ^{[ 11 ]}นอกจากนี้โพลีแคโปรแลคโตน (PCL) ยังสามารถใช้สำหรับการพิมพ์ 3 มิติเพื่อผลิตกระดูกเทียมได้ในรายงานการวิจัยบางฉบับ เมื่อเปรียบเทียบกับการซ่อมแซมกระดูกที่เสียหาย เทคนิคการพิมพ์ 3 มิติสามารถผลิตรากเทียมที่ตรงกับความต้องการในการซ่อมแซมเฉพาะบุคคลได้ ในทางกลับกัน เทคนิคการพิมพ์ 3 มิติสามารถผลิตรากเทียมที่มีผลข้างเคียงต่อผู้ป่วยน้อย เซลล์เจ้าบ้านที่มีการจำแนกประเภทต่างๆ เช่น ลิมโฟไซต์และเม็ดเลือดแดง แสดงการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันต่อการปลูกถ่ายเทียมเพียงเล็กน้อย^{[ 2 ]}

วัสดุทดแทนกระดูกที่มีประสิทธิภาพควรมีคุณสมบัติความแข็งแรงเชิงกลที่ดีควบคู่ไปกับกิจกรรมทางชีวภาพที่เพียงพอ กิจกรรมทางชีวภาพ ซึ่งมักวัดในแง่ของอัตราการละลายและการก่อตัวของชั้นแร่บนพื้นผิวของวัสดุปลูกถ่ายในร่างกาย สามารถเพิ่มขึ้นได้ในวัสดุชีวภาพ โดยเฉพาะอย่างยิ่งไฮดรอกซีอะพาไทต์ โดยการปรับเปลี่ยนองค์ประกอบและโครงสร้างโดยการเติมสารเจือปน^{[ 9 ]}ในฐานะทางเลือกแทนระบบไฮดรอกซีอะพาไทต์ คอมโพสิตไคโตซานได้รับการศึกษาอย่างละเอียดถี่ถ้วนในฐานะวัสดุหนึ่งที่ใช้สำหรับกระดูกเทียม^{[ 5 ]}ไคโตซานเองสามารถดัดแปลงเป็นรูปร่างที่ซับซ้อนได้ง่าย ซึ่งรวมถึงโครงสร้างที่มีรูพรุน ทำให้เหมาะสำหรับการเจริญเติบโตของเซลล์และการนำกระดูก^{[ 5 ]}นอกจากนี้ โครงสร้างไคโตซานยังเข้ากันได้ทางชีวภาพและย่อยสลายได้ทางชีวภาพ แต่มีความเหนียวต่ำ และตัววัสดุเองไม่นำกระดูก^{[ 5 ]}ในทางกลับกัน ไฮดรอกซีอะพาไทต์มีคุณสมบัติเข้ากันได้ทางชีวภาพที่ดีเยี่ยม แต่มีข้อจำกัดเนื่องจากมีลักษณะเปราะ^{[ 12 ]}เมื่อนำมาใช้ร่วมกับไฮดรอกซีอะพาไทต์เป็นวัสดุผสม ทั้งความเหนียวและการนำกระดูกจะดีขึ้นอย่างมาก ทำให้วัสดุผสมนี้เป็นตัวเลือกที่เหมาะสมสำหรับวัสดุกระดูกเทียม^{[ 5 ]}ไคโตซานยังสามารถใช้ร่วมกับคาร์บอนนาโนทิวบ์ได้ ซึ่งมีค่าโมดูลัสของยังสูง (1.0–1.8 TPa) ความแข็งแรงดึง (30–200 GPa) การยืดตัวเมื่อขาด (10–30%) และอัตราส่วนความยาวต่อเส้นผ่านศูนย์กลาง (>1,000) ^{[ 5 ]}คาร์บอนนาโนทิวบ์มีขนาดเล็กมาก มีเสถียรภาพทางเคมีและโครงสร้าง และมีฤทธิ์ทางชีวภาพ^{[ 5 ]}วัสดุผสมที่เกิดจากคาร์บอนนาโนทิวบ์และไคโตซานช่วยเพิ่มความเหนียวของไคโตซานได้อย่างมาก^{[ 5 ]}เปลือกหอยมุกเทียมที่มีโครงสร้างระดับนาโนเป็นอีกทางเลือกหนึ่งในการสร้างกระดูกเทียม^{[ 10 ]}เปลือกหอยมุกธรรมชาติประกอบด้วยการจัดเรียงของชั้นอินทรีย์และอนินทรีย์คล้ายกับอิฐและปูน^{[ 8 ]}สิ่งนี้ร่วมกับการเชื่อมโยงไอออนิกของโมเลกุลที่พับแน่นทำให้มุกมีความแข็งแรงและความเหนียวสูง^{[ 8 ]}มุกเทียมที่เลียนแบบทั้งโครงสร้างและผลของพันธะไอออนิกมีความแข็งแรงดึงคล้ายกับมุกธรรมชาติ เช่นเดียวกับโมดูลัสของยังสูงสุดที่คล้ายกับกระดูกแผ่น^{[ 10 ]}จากมุมมองทางกล วัสดุนี้จะเป็นตัวเลือกที่เหมาะสมสำหรับกระดูกเทียม

ต้องพิจารณาหลายแง่มุมของการออกแบบกระดูกเทียมใดๆ ก่อนที่จะนำไปใช้กับผู้ป่วย การปลูกถ่ายกระดูกเทียมที่ไม่พอดีกับผู้ป่วยเนื่องจากเหตุการณ์ต่างๆ เช่น การปล่อยให้กระดูกที่รับการปลูกถ่ายไม่ได้รับการยึดตรึง อาจทำให้เกิดรอยแดงและอาการบวมที่บริเวณที่รับการปลูกถ่าย^{[ 3 ]}การปลูกถ่ายที่ไม่พอดีอาจเกิดจากการเผาผนึกซึ่งอาจทำให้ขนาดของการปลูกถ่ายหดตัวได้มากถึง 27% ^{[ 13 ]}การนำกระดูกเป็นอีกประเด็นสำคัญที่ต้องพิจารณาในการออกแบบกระดูกเทียม วัสดุที่ผ่านการเผาผนึกจะเพิ่มความเป็นผลึกของแคลเซียมฟอสเฟตในกระดูกเทียมบางชนิด ซึ่งนำไปสู่การดูดซึมที่ไม่ดีโดยออสทีโอคลาสต์และ การย่อยสลาย ทางชีวภาพที่ ลดลง ^{[ 13 ]}การศึกษาหนึ่งหลีกเลี่ยงปัญหานี้โดยการสร้างกระดูกเทียมแบบสั่งทำพิเศษที่พิมพ์ด้วยหมึกอิงค์เจ็ทซึ่งใช้อัลฟาไตรแคลเซียมฟอสเฟต (TCP) ซึ่งเป็นวัสดุที่เปลี่ยนเป็นไฮดรอกซีอะพาไทต์และทำให้การปลูกถ่ายแข็งตัวโดยไม่ต้องใช้การเผาผนึก^{[ 13 ]}นอกจากนี้ α-TCP ยังเข้ากันได้ทางชีวภาพและช่วยสร้างกระดูกใหม่ ซึ่งดีกว่าสำหรับผู้ป่วยในระยะยาว^{[ 3 ]}การออกแบบกระดูกเทียมต้องเข้ากันได้ทางชีวภาพ มีคุณสมบัติในการนำกระดูก และคงอยู่ได้นานในร่างกายผู้ป่วยจึงจะเป็นทางเลือกที่ใช้ได้ผลเมื่อเทียบกับการปลูกถ่ายกระดูกจากตนเองและจากผู้อื่น

การปลูกถ่ายกระดูกเทียมรักษาความแข็งแรงในการรับแรงกดได้เทียบเท่า แต่บางครั้งอาจขาดความคล้ายคลึงกับกระดูกมนุษย์เมื่อตอบสนองต่อแรงด้านข้างหรือแรงเสียดทาน^{[ 14 ]}โดยเฉพาะอย่างยิ่งลักษณะพื้นผิวของกระดูกเทียมไม่ถูกต้องเมื่อเทียบกับกระดูกธรรมชาติ ในงานวิจัยของ Grant et al. การปลูกถ่ายกระดูกเทียมที่ผลิตโดยการสะสมแบบหลอมรวมมีค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำกว่ากระดูกจริงโดยเฉลี่ย 20% ^{[ 14 ]}แม้ว่าการสแกน CT และแบบจำลองกระดูกที่ตามมาจะบ่งชี้ถึงองค์ประกอบภายในของกระดูกจริงได้เป็นอย่างดี แต่ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายขึ้นอยู่กับความละเอียดของเครื่องพิมพ์ ในกรณีที่เกิดข้อบกพร่องของเครื่องพิมพ์ ปัญหาที่น่าจะเป็นไปได้มากที่สุดคือการลดลงของความแข็งแรงในการรับแรงกดเนื่องจากช่องว่างที่ไม่ได้ตั้งใจ^{[ 13 ]}หลังจากการปลูกถ่าย การแพร่กระจายและการแยกตัวของเซลล์ที่ลดลงจะเห็นได้ชัดเมื่อผู้ป่วยมีอายุมากขึ้น ซึ่งจะทำให้การรวมตัวของการปลูกถ่ายใช้เวลานานขึ้นและขัดขวางการสร้างเนื้อเยื่อกระดูก ในแบบจำลองสัตว์ การรวมตัวของ allografts ทำให้เกิด การก่อตัวของ teratomaยังคงต้องดูว่าความน่าจะเป็นของเหตุการณ์นี้จะเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญหรือไม่^{[ 2 ]}ดังนั้น การใช้สารชีวภาพอื่นเป็นโครงสร้างจึงจำเป็นเพื่อเลียนแบบโครงสร้างของร่างกายคอลลาเจน ชนิดที่ 1 ซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญของมวลอินทรีย์ของกระดูก เป็นสารโครงสร้างที่ใช้บ่อย หรืออีกทางเลือกหนึ่ง โพลิเมอร์ไคโตซานมีปฏิกิริยาทางชีวภาพที่คล้ายคลึงกัน กล่าวคือ การส่งเสริมการสร้างกระดูกในร่างกาย^{[ 2 ]}

เทคนิคการผลิตที่ทันสมัยกว่า ได้แก่ การพิมพ์อิงค์เจ็ท^{[ 15 ]}ในการศึกษาหนึ่ง เครื่องพิมพ์อิงค์เจ็ท 3 มิติได้ผลิตรากฟันเทียมสำหรับขากรรไกรล่างของผู้ป่วย 10 ราย รากฟันเทียมไฮดรอกซีอะพาไทต์ผลิตจาก ผง ไตรแคลเซียมฟอสเฟตซึ่งแข็งตัวหลังจากการเติมน้ำ^{[ 15 ]}ขั้นตอนการผ่าตัดดำเนินการทั้งเพื่อความสวยงามและเพื่อการทำงาน ผู้ป่วยทุกคนแสดงความพึงพอใจกับผลิตภัณฑ์กระดูก ในการศึกษาอีกเรื่องหนึ่งซึ่งตรวจสอบกระดูกต้นขาแพะจำลอง ผลึกนาโนไฮดรอกซีอะพาไทต์ถูกผลิตและผสมในสถานที่ก่อนที่จะโหลดเครื่องพิมพ์ 3 มิติ การศึกษาดังกล่าวสังเกตเห็นความแข็งแรงในการรับแรงกดของกระดูกต้นขาลดลงเล็กน้อย ซึ่งอาจเกิดจากการพิมพ์ที่ไม่สมบูรณ์และอัตราส่วนของกระดูกฟองน้ำ ที่เพิ่มขึ้น โดยทั่วไป เทคนิคการพิมพ์ 3 มิติผลิตรากฟันเทียมโดยมีผลข้างเคียงน้อยในผู้ป่วย เซลล์เจ้าบ้านที่มีการจำแนกประเภทต่างๆ เช่นลิมโฟไซต์และเม็ดเลือดแดงแสดงการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันต่อรากฟันเทียมเทียมเพียงเล็กน้อย^{[ 2 ]}ภาวะแทรกซ้อนที่สำคัญเกิดขึ้นเฉพาะในกรณีที่การฆ่าเชื้อไม่เหมาะสมหรือมีแนวโน้มที่จะติดเชื้อมาก่อนเท่านั้น ความเร็วในการพิมพ์เป็นขั้นตอนที่จำกัดอัตราหลักในการผลิตกระดูกเทียม ขึ้นอยู่กับประเภทของวัสดุปลูกถ่ายกระดูก เวลาในการพิมพ์อาจแตกต่างกันไปตั้งแต่หนึ่งชั่วโมงถึงหลายชั่วโมง^{[ 13 ]}เมื่อเครื่องพิมพ์ผลิตวัสดุปลูกถ่ายที่มีความละเอียดสูงขึ้น ระยะเวลาในการพิมพ์ก็จะเพิ่มขึ้นตามสัดส่วน

การวิจัยเกี่ยวกับวัสดุกระดูกเทียมได้เปิดเผยว่าแก้วซิลิเกตที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพและสามารถดูดซึมได้ ( ไบโอกลาส ) แก้วเซรามิก และแคลเซียมฟอสเฟต มีคุณสมบัติทางกลที่คล้ายคลึงกับกระดูกมนุษย์^{[ 16 ]}คุณสมบัติทางกลที่คล้ายคลึงกันไม่ได้หมายความว่าจะเข้ากันได้กับร่างกายเสมอไป การตอบสนองทางชีวภาพของร่างกายต่อวัสดุเหล่านี้ขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย รวมถึงองค์ประกอบทางเคมี ลักษณะพื้นผิว ความพรุน และขนาดของเม็ด^{[ 16 ]}หากวัสดุเป็นโลหะ จะมีความเสี่ยงต่อการกัดกร่อนและการติดเชื้อ หากวัสดุเป็นเซรามิก จะยากต่อการขึ้นรูปให้ได้รูปทรงที่ต้องการ และกระดูกไม่สามารถดูดซึมหรือทดแทนได้เนื่องจากมีความเป็นผลึกสูง^{[ 3 ]}ในทางกลับกัน ไฮดรอกซีอะพาไทต์ได้แสดงคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมในการสนับสนุนการยึดเกาะ การแยกความแตกต่าง และการแพร่กระจายของเซลล์สร้างกระดูก เนื่องจากมีเสถียรภาพทางอุณหพลศาสตร์และมีฤทธิ์ทางชีวภาพ^{[ 16 ]}กระดูกเทียมที่ใช้ไฮดรอกซีอะพาไทต์ร่วมกับเนื้อเยื่อคอลลาเจนช่วยสร้างกระดูกใหม่ในรูพรุน และมีความสัมพันธ์ที่แข็งแกร่งกับเนื้อเยื่อทางชีวภาพในขณะที่ยังคงความสม่ำเสมอกับเนื้อเยื่อกระดูกที่อยู่ติดกัน^{[ 3 ]}แม้ว่าไฮดรอกซีอะพาไทต์จะมีประสิทธิภาพดีเยี่ยมในการโต้ตอบกับเนื้อเยื่อกระดูก แต่ก็มีปัญหาเช่นเดียวกับเซรามิกในการดูดซึมกลับเนื่องจากความเป็นผลึกสูง เนื่องจากไฮดรอกซีอะพาไทต์ถูกแปรรูปที่อุณหภูมิสูง จึงไม่น่าจะคงอยู่ในสถานะที่เสถียรได้^{[ 3 ]}