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为解决骨缺损修复中材料机械强度与生物活性不足的问题，研究人员开展 3D 打印聚己内酯（PCL）/ 介孔生物活性玻璃（MBG）复合支架研究，含 65 wt% MBG（含 5 mol% Mg 和 Zr 离子）的支架机械性能优异，生物相容性良好，为骨组织工程提供新方向。
骨骼作为人体重要的运动和代谢器官，每年因创伤、感染等导致的骨缺损病例高达数百万例。传统的自体骨移植需二次取骨，伴随疼痛和供体有限的问题；异体骨移植则存在免疫排斥和疾病传播风险。开发兼具力学强度与生物活性的骨修复材料成为医学与材料学领域的迫切需求。骨组织工程（BTE）通过构建仿生支架，有望实现骨缺损的功能性修复，但现有材料常因机械支撑不足或成骨诱导能力有限而难以满足临床需求，尤其是负重骨修复场景。
在此背景下，伊朗伊斯法罕大学（University of Isfahan）与伊斯法罕医科大学（Isfahan University of Medical Sciences）的研究团队合作，开展了 3D 打印聚己内酯（PCL）/ 介孔生物活性玻璃（MBG）复合支架的研究。相关成果发表于《Heliyon》，为负重骨缺损修复提供了新的材料方案。
研究采用熔融沉积成型（FDM）技术制备 PCL/MBG 复合支架，核心技术包括：
- MBG 纳米粉体制备：通过溶胶 - 凝胶法合成含 5 mol% Mg 和 Zr 离子（MBG2）及不含该离子（MBG1）的 45S5 型 MBG 纳米粉体，粒径约 20-30 nm，比表面积 620-710 m2/g。
- 复合支架构建：将 MBG 以 60-70 wt% 比例与 PCL 混合，通过优化 3D 打印参数（如打印速度 70 mm/min、层厚 0.2 mm 等）制备多孔支架。
- 多维度性能评估：通过压缩测试、降解实验、模拟体液（SBF）矿化实验及 MG-63 成骨细胞体外培养，分析支架的力学性能、生物降解性、生物活性及细胞相容性。
研究结果
1. 力学性能：Mg 和 Zr 离子显著增强支架强度
纯 PCL 支架的抗压强度为 7.2 MPa，而 PCL+65% MBG2 支架的抗压强度达 16.7 MPa，接近人体松质骨的力学范围（2-12 MPa）。含 Mg 和 Zr 的 MBG2 支架在 65 wt% 负载时表现出最佳力学性能，过高负载（70%）因颗粒团聚导致打印困难及强度下降。结果表明，Mg 和 Zr 离子通过优化玻璃网络结构，提升了复合材料的力学稳定性。
2. 降解行为：离子组成调控降解速率
在磷酸盐缓冲液（PBS）中，PCL+65% MBG2 支架在 28 天内失重约 25%，降解速率快于不含离子的 MBG1 支架。Mg2?通过替代 Ca2?降低玻璃网络交联密度，Zr??则促进水解反应，两者协同加速支架降解，同时释放碱性离子维持微环境 pH 在 8-9，利于成骨细胞活性。
3. 生物活性：Mg 和 Zr 促进磷灰石层形成
在 SBF 中浸泡 28 天后，PCL+65% MBG2 支架表面形成致密的羟基磷灰石（HA）层，X 射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）显示其矿化程度显著高于 MBG1 支架。离子释放实验表明，MBG2 支架释放的 Ca、Si、Mg、Zr 离子浓度更高，其中 Mg 和 Zr 通过促进 HA 成核与结晶，提升了支架的骨结合能力。
4. 细胞相容性：离子掺杂改善成骨细胞行为
MTT 实验显示，PCL+65% MBG2 支架在 5 天内的细胞存活率较纯 PCL 提升约 50%，荧光染色和 SEM 观察证实细胞黏附、铺展及肌动蛋白骨架形成更优。Mg 和 Zr 离子通过调控细胞信号通路，促进 MG-63 细胞的增殖与分化，显示出良好的生物相容性和骨诱导潜力。
结论与意义
本研究成功开发了一种高负载（65 wt%）MBG 的 3D 打印 PCL 复合支架，通过引入 Mg 和 Zr 离子，同步提升了支架的力学强度、降解可控性及成骨活性。该支架的抗压强度（~17 MPa）满足负重骨修复的力学需求，其诱导磷灰石形成的能力及促进成骨细胞黏附增殖的特性，为骨组织工程提供了兼具生物活性与机械支撑的新型材料。尽管研究尚未涉及体内验证，但其体外结果为后续临床转化奠定了基础，有望解决传统骨移植的局限性，推动个性化骨缺损修复技术的发展。
研究首次将 Mg 和 Zr 共掺杂的 MBG 与 PCL 结合，通过 3D 打印技术实现了材料成分与结构的精准调控，为设计下一代仿生骨修复材料提供了新思路。未来可进一步探索复合支架与生长因子的结合，或优化打印工艺以适配复杂骨缺损形态，推动其在骨科临床中的实际应用。
