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为解决在大骨缺损治疗中构建功能性再生支架及建立早期血管网络的难题，研究人员开展 3D 打印仿生血管化管状骨模型的研究。设计制造 3 组模型，结果显示其能模拟天然骨血管网络，支持细胞共培养。该研究为骨组织工程提供新框架。
在骨骼修复的医学领域，一直存在着诸多棘手的问题。想象一下，当遭遇大面积的骨损伤，比如严重骨折、骨肿瘤切除后留下的骨缺损时，现有的治疗手段往往捉襟见肘。利用骨组织工程治疗小损伤在前期研究和动物实验中虽有成果，但用于大损伤治疗时却困难重重。这是因为，要在大骨缺损处构建一个能维持内环境稳定、重现类似天然供血系统的功能性再生支架极为不易。在骨再生过程中，细胞需要靠近血管获取营养、排出废物，距离血管超过 100 - 200μm 就难以存活，缺氧环境还会阻碍细胞分泌维持组织稳态的物质，而且血管供应对于骨再生、整合和重塑所需的细胞招募也至关重要 。
目前，赋予三维（3D）组织工程支架血管化和骨诱导特性成为研究热点，计算机辅助 3D 打印技术备受关注，然而多数已制造的结构过于简单，无法满足多种细胞按预期空间分布的需求，同时缺乏内部孔隙会导致支架核心坏死、阻碍血流，影响与宿主组织的融合。
为攻克这些难题，来自未知研究机构的研究人员开展了一项关于 3D 打印受血管化管状骨结构启发的解剖学形状骨模型的研究。他们设计制造了 3 组不同结构的模型，对其微观结构、力学性能、流体供应进行评估，并开展细胞研究。该研究成果发表在《Biomaterials Advances》上，为骨组织工程开辟了新的方向，有望推动大骨缺损治疗取得新突破。
研究人员采用了以下关键技术方法：首先是计算机辅助设计（CAD）技术，用于预先设计符合天然骨松质孔隙和血管化网络的 3D 结构，获得 CAD 文件；其次是 3D 打印技术，通过该技术制造出具有不同复杂程度、模拟天然骨血管网络的骨模型；最后利用微观结构成像技术观察模型微观结构，以及机械测试技术检测模型的抗压强度 。
设计模型和 3D 打印
研究人员设计了 3 种结构复杂程度递增的模型。Model A（基础模型）重点体现松质骨区域与哈弗斯管（Haversian channels）的基本相互作用，包含松质骨区域和一系列平行的哈弗斯管。Model B（中级模型）在 Model A 基础上进行拓展。虽然文中未详细描述 Model B 的具体结构变化，但可知其结构复杂性有所增加。Model C（高级模型）采用垂直 - 水平 - 径向 - 中心排列方式，拥有独特的结构和紧密相连的血管网络。通过 3D 打印技术，成功制造出具有中空微通道的仿生结构，这些微通道模仿了天然骨的血管网络。
微观结构成像
通过微观结构成像发现，3D 打印有助于制造出具有中空微通道的仿生结构，这些结构与天然骨的血管网络极为相似。这表明 3D 打印技术能够有效模拟天然骨的微观结构，为后续实现血管化和细胞生长提供了良好的基础。
机械测试
机械测试结果显示，Model A、Model B 和 Model C 的抗压强度分别为 51MPa、41MPa 和 37MPa。虽然随着结构复杂程度增加，抗压强度有所下降，但所有模型的抗压强度均在一定范围内，能够满足一定的力学需求，且所有微通道保持畅通，有利于类似血液的流体在结构内运输。
细胞共培养研究
研究人员进行了细胞共培养实验，将 MG63 细胞（成骨样细胞，常用于骨组织工程研究）培养在松质区域，将人脐静脉内皮细胞（hUVECs）培养在通道内。结果表明，这些模型能够支持细胞在相应区域的有效共培养，证明其具备支持细胞组织和血管化的能力。
研究结论显示，3 种解剖学形状的构建模型专为增强血管化骨组织工程应用的功能和适应性而设计。模块化设计既保证了实验操作的高效性，又维持了构建体的结构完整性。不同模型融入了骨血管网络的关键组成部分，如哈弗斯管、福尔克曼管（Volkmann's channels）、径向和中央微通道。其中，Model C 因其独特结构和紧密的血管网络，在骨组织工程的高级应用中极具潜力。
此次研究意义重大，它为设计和评估创新的 3D 仿生支架提供了通用框架，推动了血管化骨组织工程的发展。研究成果有助于解决大骨缺损治疗中血管化和支架功能的关键问题，有望改善患者的治疗效果，为未来骨修复领域带来新的希望。同时，该研究也为后续进一步优化 3D 打印骨模型、探索更有效的骨组织工程策略提供了重要的参考依据。
