Adv Sci｜自固定3D打印多层支架构建机械稳定的骨免疫微环境，促进骨增量

骨增量失败，问题可能 并不只在 “ 材料够不够成骨 ” ， 还在于 术后早期 “ 支架稳不稳 ” 。 近日， 山东大学董哲勤、魏福兰团队 以Bioadhesive-Integrated 3D-Printed Multilayer Scaffolds Secure a Mechanically-StableOsteoimmuneNiche for Enhanced Bone Augmentation为题 在Advanced Science报道了一种自固定3D打印多层支架（ML-AD）：它通过在多孔骨支架中整合界面黏附层，实现血液环境下的快速骨表面固定，减少术后早期微动，进而构建更有利于骨再生的骨免疫微环境，促进血管生成和成骨。

研究背景：“稳不稳”很重要

现有骨组织工程研究多聚焦于材料组成、支架结构及生化信号对骨再生的调控，而植入后成骨区域的 早期机械稳定性 相对受到较少关注。事实上，愈合早期的成骨微环境对力学扰动高度敏感，界面微动会影响血凝块稳定、免疫细胞募集与极化，并进一步干扰血管生成和成骨分化。尤其在颌骨等持续承受动态载荷的区域，咀嚼和面部运动会反复产生机械扰动，使植入材料更容易发生微动甚至移位。临床常用GBR虽可借助骨移植材料、屏障膜及金属固定装置维持空间与稳定，但仍存在塑形固位困难、材料移位及手术复杂度增加等问题。因此， 如何使骨修复支架在无需额外固定器械的情况下，自身即可建立并维持早期界面机械稳定，仍是一个重要挑战。

研究设计：三层结构，实现支架内功能分区

针对“如何同时实现界面固定、空间维持与骨再生”这一问题，研究团队通过DLP 3D打印构建了 屏障层—黏附层—成骨层一体化的ML-AD支架 ，不同层各司其职：

• 屏障层 ：由PEGDA、 GelMA 和MPC构成，通过减少蛋白和成纤维细胞黏附，阻隔软组织向成骨区域侵入。

• 黏附层 ：由丙烯酸、 GelMA 、明胶和多巴胺构成，可在湿润甚至血液环境下快速黏附骨表面，实现支架的即时固定。

• 成骨层 ：由 GelMA 、纳米羟基磷灰石和 Laponite 构成，并结合互连多孔结构，为细胞浸润、血管长入和新骨形成提供适宜空间。

这种设计并非简单叠加多种材料，而是将 “阻隔软组织—稳定界面—支持成骨”三项功能整合于同一支架中。

研究结果：从“贴得住”到“长得好”

ML-AD能够在湿润甚至血液环境下快速黏附骨表面，并在兔下颌骨和胫骨 骨 增量模型中显著减少术后早期支架微动、维持原位稳定。更重要的是，这种界面稳定进一步转化为更好的骨增量效果：与化学组成和结构相同、但缺乏黏附固定能力的ML-NA相比，ML-AD在术后1个月和2个月均获得更高的骨增量高度和BV/TV；其骨增量高度较非黏附支架提高超过 30% ， 较研究 中采用的GBR-like对照提高超过 35% 。

潜在机制：稳定界面重塑局部骨免疫微环境

研究进一步探索了“稳住以后为什么长得更好”。RNA测序显示，ML-AD减少早期微动后，局部机械响应、免疫调控、血管生成和成 骨相关 过程均发生明显变化。进一步研究发现，巨噬细胞更倾向于CD206 ⁺ M2样表型，并伴随VEGF和BMP-2相关信号增强。抑制Piezo1可明显改善非黏附支架组的不利免疫表型，并增强后续血管生成和成骨反应，提示 Piezo1 可能是“微动”转译为“免疫反应”的关键机械感受线索 。

研究意义：从“促成骨”到“稳界面”的支架设计新范式

本研究的核心创新，并非简单增加一种黏附或成骨组分，而是 将界面固定和早期机械稳定纳入骨支架的主动设计 ：通过在3D打印多孔骨支架中整合界面黏附功能，使原本依赖外部器械实现的固定成为支架自身的功能，并进一步将“机械稳定”与骨免疫、血管生成和成 骨过程 联系起来。

这一研究由此拓展了骨组织工程支架的设计范式——从关注“材料和结构如何促进成骨” ，进一步走向关注 “植入后如何维持稳定的再生界面”。对于动态、固位困难及解剖结构复杂的骨增量，这一思路提供了新的设计框架： 先稳住界面，再促进再生。

原文链接： https://doi.org/10.1002/advs.77028

制版人：十一

学术合作组织

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