综述：3D打印导电水凝胶支架在骨再生中的应用：机电耦合、神经血管整合与免疫调节策略

（编辑推荐）本综述系统阐述了3D打印导电水凝胶支架通过整合导电聚合物（如PEDOT）、纳米材料（如MXenes）与生物活性组分，模拟骨组织压电特性（d33=0.7-2.3 pC/N），激活整合素-FAK-ERK和Piezo1/2-Ca2+通路促进成骨分化，同时调控M2型巨噬细胞极化实现免疫微环境重塑，为骨缺损修复提供"主动调控"新范式。

　　

导电水凝胶：材料与导电机制

导电水凝胶通过嵌入聚吡咯（PPy）、碳纳米管或离子导体（如明胶）构建双网络结构，其电导率可调范围达10^-3-10² S/cm。MXenes材料因表面官能团（-OH/-F）赋予优异亲水性和载流子迁移率（＞100 cm²/V·s），与海藻酸钠复合后电导率提升3个数量级。

3D打印技术突破

数字光处理（DLP）技术可实现50 μm精度的微管道打印，融合沉积成型（FDM）制备的梯度孔隙支架压缩模量达0.5-3 GPa，模拟天然骨哈弗斯系统。多材料打印将羟基磷灰石（HA）与导电聚合物共沉积，使支架弹性模量匹配皮质骨（15-25 GPa）。

骨修复生物学过程

压电响应触发Ca²⁺内流（Piezo1/2介导）激活RUNX2表达，电刺激（ES）通过上调VEGF分泌促进血管新生。导电微环境使施万细胞迁移速度提升2.1倍，神经生长因子（NGF）浓度增加至1.8 ng/mL。

电刺激调控策略

脉冲电场（频率20 Hz，强度1 V/cm）可使成骨细胞ALP活性提高3倍。石墨烯支架在0.5 mA电流下诱导巨噬细胞向M2型极化（CD206⁺细胞占比达67%），IL-10分泌量增加4.3倍。

神经再生协同机制

支架表面微沟槽（宽度20-50 μm）引导轴突定向生长，导电网络促进神经营养因子（如BDNF）缓释，使坐骨神经缺损模型运动功能恢复率达81%。

挑战与展望

当前需解决长期植入后PEDOT降解产物细胞毒性问题，动态电刺激参数优化（如占空比30%-50%），以及通过4D打印实现孔隙率原位调节。未来将开发负载外泌体的智能响应型水凝胶，实现"监测-治疗"一体化。