综述：用于骨再生的3D打印PLGA基支架功能化策略

本综述聚焦3D打印PLGA（聚乳酸-羟基乙酸共聚物）支架在骨再生领域的功能化策略，系统阐述了通过结构优化（如多级孔隙构建）、理化性能增强（如无机材料复合、表面亲水改性）及生物活性赋予（如生长因子BMP-2/VEGF、金属离子Mg2+/Sr2+、多肽及药物负载）等多重手段，显著提升支架的成骨性能、血管化能力及免疫调控功能，为骨缺损修复提供个性化、多功能化解决方案。

　　

1. 引言

骨缺损因尺寸形态各异仍是骨科临床难题。自体骨移植虽为金标准，但存在供区有限、并发症等局限。人工骨移植材料中，PLGA（Poly(lactic acid-co-glycolic acid)）因其优异生物相容性、可调降解性及FDA批准安全性，成为骨修复研究热点。3D打印技术可精准构建个性化多孔支架，匹配骨缺损形态。本综述聚焦3D打印PLGA支架功能化策略，通过整合材料学、生物学及工程学手段，提升其成骨效能。

2. PLGA的合成与理化特性

2.1. 合成

PLGA通过开环聚合（ROP）或直接缩聚合成。ROP可制备高分子量PLGA，但流程复杂；直接缩聚工艺简单，但难以获得高分子量产物。新方法如片段组装聚合、酶催化合成正探索中。

2.2. 生物相容性

PLGA降解产物乳酸和羟基乙酸经三羧酸循环代谢为CO₂和H₂O，安全性高。近年研究发现乳酸可转化为丙酮酸，抑制PHD2、稳定HIF-1，促进血管生成。研究证实PLGA（L:G=90:10）可促进小鼠成骨细胞增殖，且不引发免疫反应。

2.3. 生物降解性

PLGA降解分三阶段：准稳定期、强度丧失期和支架解体期。降解速率受分子量、LA:GA比例、单体序列及端基影响。例如PLGA(50:50)约2个月完全降解，PLGA(75:25)需5个月，PLGA(85:15)超6个月。

2.4. 疏水性

纯PLGA水接触角>90°，属疏水性。疏水性源于PLA侧链甲基。增加GA比例可提升亲水性。通过等离子处理、PEG或PDA涂层可改善亲水性，如PDA涂层使接触角从128°降至65°。

2.5. 机械强度

纯PLGA脆性高、韧性差。掺入无机物如黑磷(BP)、纳米银、HA可增强力学性能。例如添加BP使压缩强度从1.87MPa升至2.53MPa，模量从43.64MPa增至62.57MPa。

3. 3D打印技术

3.1. 喷墨打印

非接触式打印，精度高，但限于低粘度生物墨水，机械强度弱，易堵喷头。分连续喷墨(CIJ)和按需滴落(DOD)两类，DOD可多材料同步打印。

3.2. 挤出打印

通过气动或机械力挤出生物墨水。熔融沉积建模(FDM)可打印热塑性聚合物丝材，制造高机械强度支架；低温沉积制造(LDM)可构建多尺度微通道，更好模拟细胞外基质。

3.3. 激光打印

含立体光刻(SLA)、选择性激光烧结(SLS)和双光子聚合(TPP)。无喷嘴堵塞问题，但速度慢、成本高。SLA可制微纳米支架，SLS力学强度更优但高温无法整合细胞，TPP精度极高。

4. 3D打印PLGA支架功能化策略

4.1. 个性化形状与多级孔结构构建

定向冷冻技术可构建定向孔结构；冷冻干燥-交联法可制造多级孔支架；超临界CO₂发泡技术可形成互连孔结构，促进细胞迁移、营养输送与血管生成。

4.2. 理化性能增强策略

4.2.1. 物理共混

掺入HA、β-TCP、CaSO₄等无机物增强机械性能与成骨活性。碳量子点、碳纳米管可改善亲水性并促进矿化。

4.2.2. 表面改性

PDA涂层可提供亲水表面及细胞识别位点。PDA/HA杂化涂层可进一步提升粗糙度与细胞相容性。

4.3. 生物活性提升策略

4.3.1. 生长因子

BMP-2、BMP-9、VEGF、PDGF等是关键调控因子。BMP-2微球可实现30天缓释；与SDF-1α序贯释放可先招募MSCs再诱导成骨；抗菌肽与BMP-2共负载可协同抗感染与成骨。

4.3.2. 多肽

OP（成骨肽）可诱导MSCs成骨分化；融合肽兼具成骨、促血管、抗菌功能；与抗生素（如氯己定）双释放可抗感染并促再生。

4.3.3. 药物

葛根素可促骨形成抑骨吸收；生物素上调COL I、Runx2、BMP-2表达；H15减轻内质网应激促成骨。

4.3.4. 金属离子

Mg²⁺促进骨血管形成及HA生成；Sr²⁺抑骨吸收促新骨形成；Zn²⁺助成骨分化与COL合成；Li⁺激活Wnt通路；Cu²⁺抗菌兼促血管生成。离子浓度需控于安全范围。

5. 结论与展望

功能化3D打印PLGA支架通过结构仿生、性能优化及活性赋予，显著提升骨再生效能。未来需关注老年及糖尿病等病理环境下成骨效果、感觉神经重建、智能响应释放及免疫调控机制。灭菌工艺（如环氧乙烷、γ射线）、规模化生产及长期安全性评价是临床转化关键。尽管挑战仍存，随着技术进步，个性化多功能PLGA支架有望成为骨缺损修复的革新性解决方案。