植入3D打印支架是個性化骨修復(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。事實上，最理想的成骨微環(huán)境無疑是由具有液晶和粘彈性特征的天然骨細胞外基質(zhì)（ECM）提供的。然而，在具有出色機械性能的3D 結(jié)構(gòu)中模擬類似骨ECM的微環(huán)境是一個巨大的挑戰(zhàn)。在此，我們開發(fā)了一種簡便的方法來制造完美結(jié)合骨 ECM 樣微環(huán)境和穩(wěn)健機械性能的仿生支架。3D打印聚( l-丙交酯）（PLLA）支架通過幾丁質(zhì)晶須的逐層靜電自組裝得到有效強化。更重要的是，將一種具有類骨 ECM 液晶態(tài)和粘彈性的幾丁質(zhì)晶須/殼聚糖復(fù)合水凝膠注入堅固的PLLA支架中，以在3D結(jié)構(gòu)中構(gòu)建類骨ECM 微環(huán)境，從而高度促進骨再生。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)揮長期作用，從而進一步促進成骨。這種具有類骨 ECM 微環(huán)境和優(yōu)異機械性能的支架可以被認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，我們報告了具有出色柔韌性甚至可以進行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行基準測試時，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，然后進行自展開行為，以實現(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，85SiO2-15CaO NF / CS支架顯示出對骨再生和血管形成的顯著促進作用。
骨修復(fù)是一個復(fù)雜的過程，涉及成骨干細胞、細胞外基質(zhì)和骨誘導(dǎo)因子的復(fù)雜相互作用，并受細菌毒素和氧化應(yīng)激的影響。受植物源性植物化學(xué)物質(zhì)和骨細胞外基質(zhì)的無機-有機類似物性質(zhì)的啟發(fā)，簡易設(shè)計了一種納米粘土-有機水凝膠骨密封劑 (NoBS) ，它將骨再生的多種物理化學(xué)線索整合到一個系統(tǒng)中。植物化學(xué)修飾的有機殼聚糖和富含二氧化硅的無機納米粘土的組裝可作為高度生物相容性和骨傳導(dǎo)性細胞外基質(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)釋放限制了它們在體內(nèi)的應(yīng)用。通過使用紫外線輻射將模板光致交聯(lián)明膠（GelMA）與光致可交聯(lián)成骨生長肽（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械性能的可光交聯(lián)OGP的水凝膠，并促進骨骼再生。GelMA-c-OGP水凝膠可通過顯著增強成骨相關(guān)基因BMP-2，OCN和OPN的表達來加速成骨前體細胞的骨形成過程，并增加成骨細胞中鈣鹽的沉淀。同樣，GelMA-c-OGP水凝膠可促進體內(nèi)骨骼再生。此外，通過蘇木精-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多肽通過瞬時紫外線在原位從液體轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w水凝膠，這也可以增強缺損骨骼的機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)對骨缺損的愈合有重要影響。
