Bioactive Materials
3D打印柔性复合支架促进骨缺损修复

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本研究成功开发出一种具备超声驱动无线电刺激功能的3D打印柔性复合支架，有效促进神经血管网络重建并加速大段骨缺损修复。

 

文献概述
本文《3D printed flexible composite scaffold with ultrasonic-driven wireless electrical stimulation promotes neuro-vascularization for critical-size bone defects regeneration》发表于《Bioactive Materials》杂志，回顾并总结了骨组织修复过程中神经血管网络重建的重要性，以及传统压电支架在应用中的局限性。

背景知识
大段骨缺损的治疗在临床中极具挑战，自体骨移植因具备良好的神经血管网络，一直是治疗的金标准。骨组织的电生理特性表明内源性生物电在骨修复过程中起关键作用，但传统压电支架由于其固有局限性（如脆性、缺乏生物活性）限制了其在骨再生中的应用。此外，部分特定部位（如颅骨）的骨缺损修复中，传统压电刺激效果有限，甚至可能因机械压力过大造成二次损伤。因此，开发一种可无线调控、具备良好生物活性、柔性和压电性能的支架材料成为骨组织工程的研究热点。近年来，无铅压电陶瓷如BaTiO3因其良好的生物相容性被广泛研究，但其较差的柔韧性仍限制了体内动态力学微环境中的应用。本研究通过将BaTiO3与PVA/WH复合，结合3D打印技术，构建出具备超声驱动无线电刺激的柔性支架，以克服传统压电支架的缺陷，提升骨再生效率。

 

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研究方法与实验
研究团队采用PVA、明胶和WH制备复合生物墨水，并通过3D打印技术构建柔性支架。BaTiO3的引入赋予支架压电特性，通过超声刺激实现无线电调控。支架的流变学、溶胀性、降解性、机械性能及电学输出能力均经过系统评估。在体外实验中，支架对BMSCs、HUVECs和PC12细胞的生物相容性、增殖及成骨、成血管和神经分化能力进行评估。在动物实验中，7 mm大鼠颅骨缺损模型用于验证支架对神经血管网络重建和成骨蛋白表达的影响。

关键结论与观点

• 3D打印PVA/WH/BaTiO3复合支架具有良好的流变学性能、可控溶胀及降解行为，满足骨组织工程需求。
• 支架在超声刺激下可产生可调电压和电流输出，实现无线电刺激，促进BMSCs成骨、HUVECs血管生成和PC12细胞神经分化。
• 动物实验中，支架可有效促进神经血管网络重建及成骨蛋白表达，加速大段骨缺损修复。
• 支架具备良好的细胞相容性及体内安全性，无明显毒性或炎症反应。

研究意义与展望
本研究提供了一种新型、可远程调控的骨修复支架设计思路，为压电材料在骨组织工程中的应用提供了新方向。未来可进一步优化材料成分、体内长期稳定性及临床转化潜力。

 

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结语
本研究通过3D打印技术成功构建了PVA/WH/BaTiO3柔性复合支架，并通过超声驱动实现无线电刺激，显著促进神经血管网络再生，加速大段骨缺损修复。支架具备良好的生物相容性和可控电学输出，为骨组织工程提供创新材料，也为未来智能生物材料设计提供新策略。

 

Yuhao Xia, Wenying Wei, Pengfei Chen, Xiaopei Wu, and Honglian Dai. 3D printed flexible composite scaffold with ultrasonic-driven wireless electrical stimulation promotes neuro-vascularization for critical-size bone defects regeneration. Bioactive Materials.