蜂蜡增强型TCP/HAp/SA/百里酚3D打印支架在骨组织工程中的应用研究

针对骨组织工程(BTE)中支架材料机械性能不足和易感染的问题，研究人员开发了含蜂蜡(BW)和百里酚(TM)的TCP/HAp/SA复合3D打印支架。该支架在干湿条件下均表现出与松质骨相当的压缩强度(25 MPa)和杨氏模量，TM负载可有效抑制金黄色葡萄球菌(S. aureus)和大肠杆菌(E. coli)的粘附，同时促进人成骨细胞(hOB)的增殖和钙磷沉积。这项研究为兼具力学支撑和抗菌功能的骨修复材料开发提供了新思路。

　　

骨缺损修复一直是临床面临的重大挑战，传统骨移植存在供体有限和免疫排斥等问题，而人工骨支架又常面临机械强度不足和术后感染风险。植入物相关感染可导致高达40%的骨移植失败率，且抗生素滥用加剧了细菌耐药性问题。与此同时，理想的骨支架需要模拟天然骨的成分和结构——既要包含60-75%的无机相（如羟基磷灰石HAp）提供力学支撑，又需25-40%的有机相（如胶原）促进细胞生长。

葡萄牙贝拉内政大学(Universidade da Beira Interior)健康科学学院医学科学系的Martinho J. Francisco团队创新性地将蜂产品与植物活性成分结合，开发出含蜂蜡(BW)和百里酚(TM)的三维打印复合支架。这种支架以磷酸三钙(TCP)/HAp(4:1)模拟无机相，海藻酸钠(SA)/BW(2:1)作为有机相，通过Fab@Home 3D绘图仪逐层挤出成型，相关成果发表在《Biomaterials Advances》。

研究采用3D打印构建层间呈45°排列的多孔立方体支架，通过SEM、ATR-FTIR和EDS进行形貌与成分表征，利用压缩试验评估干/湿态力学性能，采用液体置换法测定孔隙率。生物评价包括：hOB细胞21天增殖实验（resazurin法）、CLSM观察细胞浸润、ARS染色检测钙沉积，以及针对S. aureus和E. coli的抗菌实验（Kirby-Bauer法和CFU计数）。

形态学分析显示，BW的加入使支架表面粗糙度增加（SEM），接触角从4.5°提升至26.8°，进入适宜细胞粘附的适度亲水范围。力学测试表明，含BW的THB支架干态压缩强度达28 MPa（较对照组提升40%），湿态保留30%强度，能量吸收值达2.86 MJ/m³。孔隙率维持在50-63%的松质骨区间，TM5/TM10组因TM分子间隙作用孔隙略增至55%。

生物学性能方面：TM5/TM10支架对S. aureus和E. coli的抑制率分别达90%和70%（CFU实验），SEM证实其可阻断细菌生物膜形成。hOB培养21天显示，含BW支架的细胞存活率>100%（对照组80%），CLSM显示细胞能深入500 μm大孔结构。SBF矿化实验发现，TM组21天后表面钙磷沉积量最高（EDS），ARS染色显示明显钙结节形成。

该研究首次将BW作为有机相组分用于骨支架3D打印，其晶体结构既能提升湿态机械稳定性，又通过调节亲水性优化细胞微环境。TM的缓释抗菌机制避免了抗生素耐药性问题，而TCP/HAp的协同作用促进了仿生矿化。这种"力学增强-抗菌-成骨"三位一体设计，为开发下一代智能骨修复材料提供了新范式，尤其适用于感染高风险部位的骨缺损修复。未来研究可进一步探索BW中脂肪酸组分对骨髓间充质干细胞分化的影响，以及TM在体内环境的长期释放动力学。