植入3D打印支架是個(gè)性化骨修復(fù)的有效治療策略。作為骨組織工程成功的關(guān)鍵因素，支架應(yīng)提供適宜的骨再生微環(huán)境和優(yōu)異的力學(xué)性能。事實(shí)上，最理想的成骨微環(huán)境無(wú)疑是由具有液晶和粘彈性特征的天然骨細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）提供的。然而，在具有出色機(jī)械性能的3D 結(jié)構(gòu)中模擬類(lèi)似骨ECM的微環(huán)境是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。在此，我們開(kāi)發(fā)了一種簡(jiǎn)便的方法來(lái)制造完美結(jié)合骨 ECM 樣微環(huán)境和穩(wěn)健機(jī)械性能的仿生支架。3D打印聚( l-丙交酯）（PLLA）支架通過(guò)幾丁質(zhì)晶須的逐層靜電自組裝得到有效強(qiáng)化。更重要的是，將一種具有類(lèi)骨 ECM 液晶態(tài)和粘彈性的幾丁質(zhì)晶須/殼聚糖復(fù)合水凝膠注入堅(jiān)固的PLLA支架中，以在3D結(jié)構(gòu)中構(gòu)建類(lèi)骨ECM 微環(huán)境，從而高度促進(jìn)骨再生。此外，血管生成因子去鐵胺被包裹在復(fù)合水凝膠中并持續(xù)釋放，在血管生成中發(fā)揮長(zhǎng)期作用，從而進(jìn)一步促進(jìn)成骨。這種具有類(lèi)骨 ECM 微環(huán)境和優(yōu)異機(jī)械性能的支架可以被認(rèn)為是一種有效的骨修復(fù)植入物。
治療具有不規(guī)則形狀的骨質(zhì)疏松性骨缺損是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。盡管生物活性玻璃為骨再生提供了有吸引力的材料，但其固有的脆性極大地限制了其應(yīng)用范圍。在此，我們報(bào)告了具有出色柔韌性甚至可以進(jìn)行180°彎曲的生物活性玻璃（SiO2-CaO）納米纖維的制造。可以將生物活性玻璃納米纖維進(jìn)一步組裝成3D纖維支架，并以殼聚糖為連接基。當(dāng)與基于75SiO2-25CaO納米纖維和殼聚糖的支架進(jìn)行基準(zhǔn)測(cè)試時(shí)，由85SiO2-15CaO納米纖維和殼聚糖（85SiO2-15CaO NF / CS）組裝而成的支架具有明顯更好的機(jī)械性能。此外，85SiO2-15CaO NF/CS支架表現(xiàn)出彈性行為，可以從80％壓縮中完全恢復(fù)，并且在1000次壓縮循環(huán)后具有良好的抗疲勞性。植入后，彈性纖維支架能夠變形并適應(yīng)不規(guī)則形狀的骨缺損，然后進(jìn)行自展開(kāi)行為，以實(shí)現(xiàn)與腔的完美匹配。當(dāng)應(yīng)用于大鼠模型中的骨質(zhì)疏松性顱蓋骨缺損的修復(fù)時(shí)，85SiO2-15CaO NF / CS支架顯示出對(duì)骨再生和血管形成的顯著促進(jìn)作用。
骨修復(fù)是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，涉及成骨干細(xì)胞、細(xì)胞外基質(zhì)和骨誘導(dǎo)因子的復(fù)雜相互作用，并受細(xì)菌毒素和氧化應(yīng)激的影響。受植物源性植物化學(xué)物質(zhì)和骨細(xì)胞外基質(zhì)的無(wú)機(jī)-有機(jī)類(lèi)似物性質(zhì)的啟發(fā)，簡(jiǎn)易設(shè)計(jì)了一種納米粘土-有機(jī)水凝膠骨密封劑 (NoBS) ，它將骨再生的多種物理化學(xué)線(xiàn)索整合到一個(gè)系統(tǒng)中。植物化學(xué)修飾的有機(jī)殼聚糖和富含二氧化硅的無(wú)機(jī)納米粘土的組裝可作為高度生物相容性和骨傳導(dǎo)性細(xì)胞外基質(zhì)模擬物。裝飾的植物化學(xué)物質(zhì)發(fā)揮固有的殺菌和抗氧化活性，并作為具有可注射和自愈能力的凝膠化的分子間網(wǎng)絡(luò)前體。此外，NoBS 發(fā)揮由納米粘土介導(dǎo)的骨誘導(dǎo)作用，調(diào)節(jié)Wnt/b-連環(huán)蛋白通路，連同骨誘導(dǎo)信號(hào)的加入，導(dǎo)致不愈合顱骨缺損的骨再生。這種受天然材料啟發(fā)而具有多功能特性的集成骨移植替代物的工程設(shè)計(jì)可能表明一種有前途且有效的方法，可以為最佳骨愈合創(chuàng)造有利的微環(huán)境。
具有氨基酸單體短鏈的多肽由于其多種生物學(xué)功能已被廣泛應(yīng)用于臨床。然而，肽的易失活特性和爆發(fā)釋放限制了它們?cè)隗w內(nèi)的應(yīng)用。通過(guò)使用紫外線(xiàn)輻射將模板光致交聯(lián)明膠（GelMA）與光致可交聯(lián)成骨生長(zhǎng)肽（OGP）共交聯(lián)，創(chuàng)建了一種新型的成骨性多肽水凝膠（GelMA-c-OGP）。GelMA可以形成具有良好機(jī)械性能的可光交聯(lián)OGP的水凝膠，并促進(jìn)骨骼再生。GelMA-c-OGP水凝膠可通過(guò)顯著增強(qiáng)成骨相關(guān)基因BMP-2，OCN和OPN的表達(dá)來(lái)加速成骨前體細(xì)胞的骨形成過(guò)程，并增加成骨細(xì)胞中鈣鹽的沉淀。同樣，GelMA-c-OGP水凝膠可促進(jìn)體內(nèi)骨骼再生。此外，通過(guò)蘇木精-曙紅和膠原蛋白I和TGF-β的免疫組織化學(xué)染色觀察到，與對(duì)照組相比，在GelMA-c-OGP植入組中，更多的膠原蛋白纖維連接著皮質(zhì)骨。共交聯(lián)的OGP多肽通過(guò)瞬時(shí)紫外線(xiàn)在原位從液體轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w水凝膠，這也可以增強(qiáng)缺損骨骼的機(jī)械性能并避免爆裂成骨肽在骨骼缺損愈合期間釋放。總體而言，與傳統(tǒng)方法相比，這種水凝膠輸送系統(tǒng)對(duì)骨缺損的愈合有重要影響。
