供稿人：張展藝、孫暢寧 供稿單位：西安交通大學(xué)精密微納制造技術(shù)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 發(fā)布日期：2025-04-27
廣義骨組織包括骨和骨膜，這兩部分協(xié)同作用，在缺損區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)更快速、更高質(zhì)量的骨再生。但構(gòu)建仿生骨膜支架并將其與骨支架有效整合仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。目前報(bào)道的骨膜支架通常采用單獨(dú)制造然后縫合或包裹的方法，但物理連接容易在植入后發(fā)生分層，影響骨再生效果。仿生骨-骨膜一體化支架能夠模擬天然骨-骨膜結(jié)構(gòu)，有效促進(jìn)骨缺損修復(fù)。然而，如何實(shí)現(xiàn)支架的集成制造和界面穩(wěn)定性一直是研究難點(diǎn)。
北京航空航天大學(xué)生物科學(xué)與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院牛旭峰教授團(tuán)隊(duì)[1]在仿生骨-骨膜一體化支架的連續(xù)制造方面取得重要研究進(jìn)展。如圖1所示，該團(tuán)隊(duì)提出的連續(xù)制造策略，通過(guò)將3D打印和靜電紡絲技術(shù)相結(jié)合，成功構(gòu)建了具有穩(wěn)定雙層結(jié)構(gòu)的BP-IMCS支架。
圖1 BP-IMCS 的連續(xù)制造策略和體內(nèi)植入示意圖。A) 結(jié)合3D打印和電紡絲技術(shù)的BP-IMCS連續(xù)制造策略。B) BP-IMCS 植入人體后的骨修復(fù)效果
BP-IMCS支架由上層的BP（仿生骨膜）和下層的IMCS（原位礦化膠原支架）組成。BP層由靜電紡絲制成的致密膠原蛋白納米纖維構(gòu)成，有效阻止了纖維組織的侵襲，而通過(guò)3D打印得到的IMCS層則能夠促進(jìn)成骨分化，兩者協(xié)同作用，顯著提高了骨再生效率。
連續(xù)制造策略的關(guān)鍵在于將BP層在濕潤(rùn)條件下立即覆蓋在IMCS層上，從而實(shí)現(xiàn)了電紡纖維與3D打印纖維之間的緊密結(jié)合和穩(wěn)定界面。與傳統(tǒng)支架相比，BP-IMCS的界面結(jié)合力更強(qiáng)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性更高，能夠在植入后抵抗摩擦力，避免分層現(xiàn)象。
體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)表明，BP-IMCS支架具有良好的生物相容性，并且BP層有效阻止了網(wǎng)狀纖維組織的侵襲，為骨再生提供了充足的空間。同時(shí)，BP-IMCS支架在兔顱骨缺損修復(fù)實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。如圖2所示，植入2個(gè)月后，BP-IMCS組的新骨形成量最多，骨缺損修復(fù)效果最佳。
圖2 體內(nèi)植入后新形成骨的顯微CT圖像和形態(tài)分析。A)在兔子顱骨缺損部位植入支架的示意圖。B)骨體積/組織體積、C)骨小梁厚度、D)骨小梁分離度、E)骨小梁數(shù)量和F)各向異性度（n=4，★: p<0.05，NS: p>0.05）。G）植入后缺損部位的Micro-CT圖像三維重建模型
這項(xiàng)研究成果為骨-骨膜一體化支架的制造提供了新的思路，具有重要的科學(xué)研究意義和工程應(yīng)用價(jià)值。未來(lái)，BP-IMCS支架有望應(yīng)用于臨床骨缺損修復(fù)，為患者帶來(lái)福音。此外，連續(xù)制造策略還可以應(yīng)用于其他異質(zhì)結(jié)構(gòu)的組織構(gòu)建，例如骨-軟骨、骨-肌腱、胸骨-胸膜、肺-胸膜等，為組織工程和再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展提供新的解決方案。