壳聚糖分子量调控的3D打印复合支架在骨缺损修复中的应用：磁性纳米颗粒与羟基磷灰石协同效应研究

研究人员针对大段骨缺损修复难题，开发了基于甲基丙烯酸化壳聚糖(Cs)、明胶(GelMA)、透明质酸(HA)、羟基磷灰石(HAP)和磁性纳米颗粒的3D打印复合支架。通过调控Cs分子量和HAP浓度优化墨水流变性能，构建具有50-150μm连通孔隙的仿生支架，兼具力学适配性（Young模量可调）和磁响应特性，为骨组织工程提供了兼具结构精确性与生物活性的新型解决方案。

　　

骨骼作为具有自愈能力的血管化组织，其小范围缺损可通过自身修复机制完成重建，但临床常见的大段骨缺损仍是骨科领域重大挑战。传统移植物存在供体有限、免疫排斥等问题，而现有组织工程支架在结构精确性、力学适配性和生物活性等方面难以兼顾。3D生物打印技术的出现为构建复杂仿生结构带来曙光，但如何通过材料组合创新实现支架的多功能化，成为突破骨再生疗效的关键瓶颈。

研究人员开发了基于甲基丙烯酸化壳聚糖(Cs)的复合生物墨水体系，通过系统调控Cs分子量（区分长链与短链）、甲基丙烯酸化明胶(GelMA)、透明质酸(HA)、羟基磷灰石(HAP)和磁性纳米颗粒的比例，采用流变学剪切测试（振荡与旋转模式）优化墨水打印性能。扫描电镜表征支架微观结构，力学测试评估Young模量，并通过细胞实验验证生物相容性。

墨水流变性能调控
剪切测试表明短链Cs与高浓度HAP组合呈现最佳粘度-弹性平衡，流变数据显示增加Cs分子量会显著提高墨水屈服应力（抗流动能力提升58%），这为精确控制挤出式打印参数提供了理论依据。

支架结构与力学特性
电镜证实成功构建孔隙50-150μm的三维连通网络，满足骨细胞迁移需求。HAP含量与Young模量呈正相关（最高提升3.2倍），通过调节聚合物/HAP相比例可实现低负重部位植入所需的力学性能。

多功能生物活性
磁性纳米颗粒的引入使支架具备磁响应能力，可能通过激活Wnt/β-catenin等通路促进成骨分化。细胞实验显示支架组细胞保持典型形态并形成均匀单层，证实材料无细胞毒性。

该研究创新性地将磁响应特性与传统骨修复材料结合，通过分子量工程精确调控支架性能，其提出的"流变学-结构-功能"协同设计策略，为开发下一代智能骨修复材料提供了新思路。特别是磁性组分与HAP的协同作用机制，可能开辟通过物理刺激调控细胞行为的治疗新途径。研究成果发表于《REC: CardioClinics》，对推动个性化骨缺损修复具有重要临床意义。