基于3D打印金属支架的结构化组织工程软骨复合植入体在骨软骨修复中的生物制造与体内评价

《Biomaterials》：Biofabrication and in vivo evaluation of a hybrid osteochondral implant consisting of structurally organised engineered cartilage on a 3D-printed metal scaffold

本研究开发了一种创新的骨软骨复合植入体，通过空间排布表型 distinct 的间充质基质/干细胞（MSC）和软骨细胞微组织，在3D打印钛合金（Ti6Al4V）支架表面构建具有仿生胶原网络的透明软骨层。体内实验表明，尽管实现了软骨组织的结构性再生，但部分动物出现骨整合（osseointegration）挑战，提示机械微环境对植入体性能的关键影响。

　　

Highlight

本研究开发并表征了新型组织工程软骨-金属植入体，并在大型动物临床前模型中评估其生物性关节表面修复的功效。为此，我们提出了一种生物制造框架，在金属支架表面生长自组装透明软骨组织。首先，我们使用包含1889个微孔的高通量水凝胶阵列制造数千个软骨前体微组织。此类微组织固有的融合能力为构建具有区域特异性组成的规模化软骨提供了独特机会。

Discussion

当前研究开发并表征了新型组织工程软骨-金属植入体，并在大型动物临床前模型中评估其生物性关节表面修复的功效。我们提出的生物制造框架能在金属支架表面生长自组装透明软骨组织。通过高通量水凝胶微孔阵列可批量制备软骨前体微组织，其自发融合特性为构建具有区域特异性组成的规模化软骨提供了独特可能。值得注意的是，金属支架的晶格结构引导胶原纤维形成类天然组织的拱廊排列。然而，在山羊骨软骨缺损模型中植入时，部分动物出现骨整合障碍，可能导致软骨退化并对整体关节再生产生负面影响。这凸显了体外成功构建分区组织化骨软骨植入体并不能保证其体内性能，并揭示了促进滑膜关节再生必须应对的多重挑战。

Conclusions

本研究证明，通过空间排布多种微组织可构建仿生关节软骨，与3D打印金属支架整合后形成用于生物性关节表面修复的复合移植物。金属晶格结构引导胶原形成类天然拱廊结构，微组织的融合能力为规模化构建结构化软骨组织提供了灵活方案。微组织表型的选择（如抗钙化的透明软骨微组织与肥大软骨微组织）使得软骨-骨界面的工程化成为可能。然而，植入体在承重区域的骨整合效果不一，强调需要进一步优化支架设计与机械微环境的匹配。