研究背景

在骨组织损伤修复领域，因创伤、手术、疾病等导致的骨缺损修复面临诸多挑战，传统的自体骨移植存在手术创伤大等局限。骨组织工程为骨缺损修复带来希望，其中血管化骨修复支架因能模拟骨组织结构、促进高效修复而备受关注。

3D打印技术凭借独特优势，在构建血管化骨修复支架中发挥重要作用。然而，目前该技术在实际应用中仍面临问题，如微血管网络构建困难、细胞精确定位不易实现、支架孔隙率与机械性能难以平衡以及体内降解速率难以调控等。

四川大学的罗泽宇和周宗科教授团队，对3D打印制备血管化骨修复支架的研究进展进行了综述。团队详细探讨了当前在打印技术、打印墨水、生物活性因子以及支架结构设计等方面的进展，并深入分析了其在多种骨缺损疾病治疗中的应用。在此基础上，团队提出3D打印的血管化骨修复支架虽前景广阔，但需克服现有挑战，未来应致力于优化打印技术、改进墨水性能、创新支架结构设计。相关工作以“Revolutionizing Bone Regeneration: Vascularized Bone Tissue Engineering with Advanced 3D Printing Technology”为题发表在《Aggregate》上。 

研究内容

1. 血管化骨修复支架的设计策略

图1. 血管化骨修复支架的设计策略。

该图展示了血管化骨修复支架的设计策略，涵盖打印技术、墨水、生物活性因子、支架结构等方面。打印技术包括光基和喷嘴基等多种技术，墨水需具备多种特性，生物活性因子影响支架功能，支架结构设计涉及孔隙和管道结构，这些要素相互关联，共同影响支架性能。

2. 血管生成-成骨偶联机制

图2. 血管生成-成骨偶联机制。

图中呈现了正常骨发育和骨缺损愈合过程中的血管生成-成骨偶联机制。正常骨发育经软骨内骨化形成复杂血管网络；骨缺损愈合分为血肿形成、软骨痂形成、硬骨痂形成和骨重塑四个阶段，各阶段中血管生成与成骨相互作用，共同促进骨修复。

3. 3D打印策略

图3. 3D打印策略。

介绍了多种3D打印技术的系统，如选择性激光烧结、立体光固化、数字光处理、熔融沉积、激光熔融建模、挤出打印和喷墨电子书写等。这些技术原理不同，各有优缺点，在构建血管化骨修复支架时发挥着不同作用，为支架的制造提供了多样化的选择。

4. 部分打印墨水的化学结构式

图4. 部分打印墨水的化学结构式。

展示了海藻酸钠、GelMA、胶原蛋白、PCL、PLA、PLGA和聚己内酯等打印墨水的化学结构。这些墨水具有不同的特性，在3D打印血管化骨修复支架中，其结构决定了支架的性能，如生物相容性、机械性能、降解性等，影响着细胞的生长、黏附和分化。

5. 血管化骨修复支架的孔结构设计

图5. 血管化骨修复支架的孔结构设计。

合理设计孔结构可实现促进成骨和血管生成的双重功能，为支架设计提供了重要参考。

6. 血管化骨修复支架的管结构设计

图6. 血管化骨修复支架的管结构设计。

这些管结构可促进营养物质运输和血管生成，模拟天然骨血管结构，有助于提高支架修复骨缺损的效果。

7. 在糖尿病性骨缺损中的应用

图7. 在糖尿病性骨缺损中的应用。

为糖尿病性骨缺损的治疗提供了新的解决方案，通过改善局部微环境，促进血管生成和骨再生。

8. 在骨质疏松性骨缺损中的应用

图8. 在骨质疏松性骨缺损中的应用。

这些支架可调节骨代谢状态，促进血管生成和细胞增殖，为骨质疏松性骨缺损的修复提供了有效手段。

9. 在仿生骨膜中的应用

图9. 在仿生骨膜中的应用。

这种仿生骨膜为骨缺损修复提供了新的思路和方法，有望改善骨修复效果。

10. 在骨肿瘤术后骨缺损中的应用

图10. 在骨肿瘤术后骨缺损中的应用。

这些支架为骨肿瘤术后骨缺损的修复提供了新的策略，具有重要的临床意义。

结论