综述：骨组织工程多材料构建体的制备策略

本文聚焦骨组织工程（BTE）中多材料构建体的制备策略。阐述了骨的复杂结构与传统治疗局限，介绍多材料设计的概念、要求及制备策略，探讨面临的挑战，展望未来，为骨组织工程研究提供全面参考。

　　

引言

骨是一种极为复杂且矿化的组织，不仅构成人体的支撑框架、保护重要器官，还参与血细胞的生成。骨重塑这一持续的自我修复过程，依靠成骨细胞（osteoblasts）构建新骨、破骨细胞（osteoclasts）清除旧骨的平衡活动，维持着骨的健康与活力，且受伤后能恢复骨的结构、强度和功能而不形成瘢痕组织。但当骨缺损过大或骨形成受损时，就需要医学干预。

自体骨移植虽是治疗大骨缺损的金标准，但会引发供体部位疼痛和感染等问题。骨组织工程（Bone Tissue Engineering，BTE）通过使用模仿天然骨结构、促进骨生长的生物材料支架，为骨缺损治疗提供了新方向。多材料制造技术是 BTE 领域令人瞩目的进展，它将多种具有独特性能的材料组合，制备出具有定制功能的支架，能模拟天然骨的复杂结构，为细胞分化和组织再生提供信号，有望开发出比传统骨移植更有效、生物相容性更好的解决方案。

近年来，可生物降解和生物相容性良好的生物材料不断取得突破，推动了骨再生领域的变革。可生物降解骨水泥（主要成分为磷酸钙和硫酸钙）与骨组织相容性极佳，但在使降解速率与新骨形成速率精确匹配方面仍需改进。生物复合材料借助生物活性填料增强聚合物性能，显著提升了骨细胞的黏附和增殖能力，先进制造技术还能制备复杂的、个性化的支架和植入物。在肿瘤相关骨缺损治疗中，具有可控机械和降解性能的合成可生物降解聚合物，结合纳米技术和 3D 打印技术，发挥着重要作用。可生物降解粘合剂（尤其是可注射骨粘合剂）在稳定和愈合复杂骨折方面逐渐崭露头角，弥补了传统金属固定器械的不足。然而，实现骨再生材料的最佳机械性能和长期临床疗效仍面临挑战，多材料设计研究致力于优化材料的生物降解性和结构完整性，以改善患者预后。

此前已有研究对单一材料支架的复杂性、多材料构建体的设计可能性，以及多材料支架的增材制造进行了探讨，但尚未有综述全面涵盖 BTE 应用中的多材料制造方法。本文旨在填补这一空白，对 BTE 中的多材料制造技术进行分析，深入探讨其核心概念、应用实例、面临的挑战及未来发展方向。

多材料制造的基本概念

受大自然将多种具有独特属性的材料组合，创造出复杂且功能完备结构的启发，人们在骨组织工程中采用多材料设计策略。这种方法是指制造包含多种材料的组件，或是使单一材料的成分呈现梯度变化。通过合理整合不同材料，能够挖掘出设计先进功能材料的巨大潜力。

骨组织工程对多材料的要求

多材料支架在骨组织工程中采用多种配置方式，将两种或更多材料组合在一起，如均匀混合、分区设置或表面改性等，这种定制化设计对支架的最终性能有着重要影响。生物相容性是骨组织工程多材料设计的关键要求，所使用的材料必须具备生物相容性，确保不会引发任何不良反应或免疫反应。

骨组织工程的多材料制造策略

骨组织工程借助多材料制造技术，在再生复杂骨缺损方面发展迅速。不同的制造方法各有利弊。3D 打印能够精确控制复杂结构，但在材料选择和兼容性方面存在局限；电纺丝可制备模仿细胞外基质（Extracellular Matrix，ECM）的纳米纤维支架，不过在纤维排列和材料选择上有一定困难；微流控技术也在多材料制造中发挥着独特作用，但同样面临一些挑战 。

多材料制造面临的挑战

连接成分相似的材料相对容易，而将性质差异较大的材料结合在一起则是一项重大的工程难题。这些材料往往在熔点、热膨胀系数和冷却速度等方面存在显著差异。当强行将它们组合时，这些不匹配会导致内部应力和变形，最终可能使结合的材料分离。为克服这一挑战，工程师在设计和制造过程中需要仔细分析这些因素。

未来展望

新一代用于骨组织工程的多材料复合材料正在研发中。这类材料融合了两种或更多不同物质的特性，能打造出具有精准定制特性的最终产品。与传统生物材料相比，多材料复合材料具有更大的优势，其可定制程度更高，能更有效地模拟天然骨的复杂结构。此外，这些复合材料还能更好地整合多种功能，有望在骨组织工程领域取得更大突破。

结论

对有效骨组织工程解决方案的探索推动了多材料设计的创新发展。研究人员通过精心整合陶瓷、聚合物和金属等材料，制备出更精确模拟天然骨复杂结构和功能的支架。3D 打印和生物打印等制造技术的进步，实现了对支架几何形状、材料和细胞分布的精准控制，提升了骨组织工程的效果。但目前多材料制造技术仍面临一些挑战，未来需进一步优化材料性能和制造工艺，以推动骨组织工程从实验室研究走向广泛的临床应用。