腰椎间盘突出导致的背部疼痛通常需要进行手术治疗，这意味着不是用塑料或铁质的移植体替换椎间盘，就是移除损坏的椎间盘，将相邻的两节合并到一起。一种新型的椎间盘替代品——由包裹活体细胞的支架构成——能够消除背部疼痛，并不产生现有手术疗法所引起的众多副作用。

　　南卡罗莱纳医科大学（the Medical University of South Carolina）的研究者们通过印制外部支架，然后在支架上播种活细胞，制造了一个椎间盘替代品的雏形。此支架极尽模仿真正椎间盘错综复杂的层状显微结构，这是向着制造一个能够如同原来的椎间盘一样、行使同样的支撑和减震功能的移植体的道路迈出的第一步。与现在所使用的金属质和塑料的移植体相比，被活体细胞包裹的人造支架能够进行自我修复，而且持续获得血液供应的能力可以减少手术后感染的风险。

　　椎间盘（IVD），形似果冻面包圈，具有柔软富有弹性的中心和坚韧的纤维外层。如同三明治一样，夹在脊柱上脊椎骨之间的椎间盘，界定并支撑脊柱的运动，在允许脊柱作为一个整体弯曲或转动同时，支撑骨骼到适当的位置。椎间盘也同时行使减震器的功能，缓冲脊柱所受到的冲击力。当椎间盘磨损老化时，沿脊柱分布的压力就会变得不均衡。只要椎骨移动，即使是轻微的动作，椎间盘就会拉紧环绕脊柱的神经，导致疼痛。如果锻炼和物理疗法都难以缓解疼痛，那就需要进行手术治疗了。

　　然而，脊椎骨合并会限制脊柱合并部位的弯曲和转动，因此有些外科医生坚持采用移植疗法。“任何人脊椎骨都不是天生合并的。” 南卡罗莱纳州医科大学整形外科教授巴顿·桑切斯（Barton Sachs）说，他通常会采用椎间盘移植手术来治疗椎间盘疾病。桑切斯未参与此新研究工作。将两个骨骼合并到一起，会加大相邻部分所承受的压力，导致其他椎间盘损耗，桑切斯说。移植手术不仅能够维持运动，而且康复的时间也较短。“移植手术的疗效非常好，”桑切斯说。“[病人]可以更快地出院；更快地回到他们的生活中。”

　　但目前所采用的移植体不能够承受打击。“放入的材料就像是中世纪的，这就是当前临床应用的状态。”宾夕法尼亚大学（the University of Pennsylvania）整形外科与组织工程学教授罗伯特·马克（Robert Mauck）说。马克正在致力于一种可以与本文提及的移植体相媲美的椎间盘移植体的改良工作。

　　由克莱姆森大学（Clemson University）和南卡罗莱纳医科大学的生物工程与再生医学教授文学军（Xuejun Wen）领导的南卡罗莱纳州医科大学的研究者们，设法极尽模仿椎间盘的天然结构，以便移植体替代品能够如同原来的椎间盘一样，发挥同样的功能。

　　首先，他们在电脑上做出椎间盘错综复杂的内部结构模型。接着他们将溶解的聚氨酯（polyurethane）挤压通过纤细的玻璃微吸管的尖端到保存于-4摄氏度的平台上。基座的低温使印制的每一层聚氨酯很快凝固，同时允许相继层堆积于其上并保持它们的形状。“如果不能使其迅速地冷却，就不能得到你预期的结构，”文说。最后，研究组将牛细胞播种到支架上，以测试此结构是否支持细胞生长。通过19天的生长，细胞充满了支架，研究人员发现，此后细胞将按照在天然方式进行排列。

　　“这是对附加制造的灵活运用，是一项激动人心的工作。”纽约西奈山医学院（Mount Sinai School of Medicine）的整形外科与神经外科手术教授詹姆士·爱垂迪斯（James Iatridis）说。但是爱垂迪斯又补充说：“一些替代治疗方法，包括生物修复在内，正接近临床试验水平或到达更高的发展阶段。”

　　虽然文及其研究组的新成果，达到了近似复制真正椎间盘微结构的程度，但其性能还未进行测试。在接下来的几个月中，此人造椎间盘将在老鼠中进行测试。“我们仍在设法弄清楚：需要将我们所设计的椎间盘替代品做到怎样复杂的程度，才能重建椎间盘的功能。”马克说。