基于顶部加热熔融沉积3D打印技术的碳纳米管-细菌纤维素-聚己内酯复合骨支架构建及其下颌骨修复应用

本研究针对下颌骨缺损修复中个性化骨支架的力学性能与骨诱导性难以兼顾的临床难题，开发了含羧基化多壁碳纳米管(MWCNT)和细菌纤维素(BC)梯度复合填料(0-1 wt%)的聚己内酯(PCL)支架。采用创新性顶部加热熔融沉积成型(FDM)技术，成功构建出压缩强度达85.99±10.03 MPa的支架，体外实验证实其具有优异生物相容性、细胞粘附性和成骨诱导性能，大鼠模型验证了体内下颌骨修复效果，为颌面骨再生提供了兼具力学适配与免疫调控功能的新策略。

　　

下颌骨缺损是口腔颌面外科常见的临床难题，由先天发育异常、创伤或肿瘤切除等因素引起，传统自体骨移植存在供区并发症和来源限制等问题。随着3D打印技术的发展，个性化骨支架为修复复杂下颌骨缺损带来希望，但现有技术难以同时满足解剖形态匹配、力学强度适配、骨传导性及免疫兼容性等要求。尤其值得注意的是，下颌骨在咀嚼过程中承受的动态应力易导致支架-宿主界面发生纤维化包裹，这成为影响长期修复效果的关键瓶颈。

针对这些挑战，吉林某研究团队在《International Journal of Biological Macromolecules》发表的研究中，创新性地将具有优异力学性能和蛋白吸附能力的羧基化多壁碳纳米管(MWCNT)，与具有三维网络结构的细菌纤维素(BC)复合作为功能填料，通过顶部加热熔融沉积(FDM)技术构建了新型聚己内酯(PCL)复合支架。该研究通过材料表征、体外细胞实验和大鼠下颌骨缺损模型系统评估，证实这种MWCNT@BC/PCL支架不仅能满足下颌骨的力学需求，还能通过调控巨噬细胞极化创造促再生免疫微环境。

关键技术方法包括：采用FTIR和XRD分析MWCNT@BC复合填料的化学结构；通过顶部加热FDM打印技术精确控制结晶过程；使用CCK-8和活死染色评估细胞相容性；qPCR检测成骨相关基因表达；建立大鼠下颌骨临界尺寸缺损模型进行8周体内评价。

【材料与试剂】
研究选用分子量40 kDa的PCL作为基体材料，将长度10-20 nm的羧基化MWCNT与0.8 wt% BC水分散液复合，制备0.25-1 wt%梯度浓度的MWCNT@BC填料。

【FTIR分析】
红外光谱显示3360 cm^-1处的O-H伸缩振动峰证实BC羟基网络的存在，而1620 cm^-1处新增的羧酸根对称振动峰证明MWCNT通过π-H氢键在BC纤维上均匀分散。

【讨论】
相较于传统FDM打印易出现的结构坍塌问题，顶部加热技术通过实时退火处理使PCL结晶度提升23%，这是获得85.99 MPa超高压缩强度的关键。更值得注意的是，1 wt% MWCNT@BC组支架能诱导巨噬细胞向促修复的M2型极化，其分泌的IL-10细胞因子浓度是对照组的2.3倍，这种免疫调节作用为克服植入物纤维化包裹提供了新思路。

【结论】
该研究首次阐明BC作为生物模板通过立体位阻效应实现MWCNT稳定分散的机制，建立的顶部加热FDM技术突破传统打印的温度梯度限制。所构建的MWCNT@BC/PCL支架具有三重优势：①仿生下颌骨力学性能（弹性模量1.2 GPa）；②通过吸附骨形态发生蛋白(BMP-2)增强成骨分化（ALP活性提高2.1倍）；③调控局部免疫微环境（CD206⁺ M2型巨噬细胞占比达68%）。这项技术为功能性颌骨再生提供了兼具"力学适配-骨诱导-免疫调控"特性的新型解决方案。