Bioactive Materials
镁离子植入增强3D打印CoCrMo合金支架的骨整合和血管化
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该研究首次将镁离子植入技术与3D打印CoCrMo合金支架相结合，有效解决了传统材料应力屏蔽和生物惰性问题，通过表面工程策略显著增强支架的生物活性，促进骨整合和血管生成，为无骨水泥全膝关节置换提供新思路。
文献概述
本文《Magnesium ion implantation enhances the osseointegration and vascularization of 3D-Printed CoCrMo alloy scaffolds for load-bearing orthopedic applications》，发表于《Bioactive Materials》杂志，回顾并总结了通过镁离子植入改性3D打印钴铬钼合金支架在骨整合和血管化方面的显著提升。研究提出了一种协同表面工程策略，结合3D打印多孔结构与Mg²⁺功能化处理，有效改善支架的生物活性与机械兼容性，为骨科植入材料的研发提供了新方向。
背景知识
全膝关节置换术（TKA）是终末期膝关节炎的主要治疗方式，但传统钴铬钼（CoCrMo）合金虽具有优异的机械强度和耐腐蚀性，其高弹性模量与骨组织的弹性模量不匹配，易引发应力屏蔽效应，导致骨吸收与重塑形不良。此外，CoCrMo合金表面生物惰性，难以促进细胞粘附与骨整合。3D打印技术可通过构建多孔结构有效降低弹性模量，提高骨传导性，但其表面仍缺乏生物活性信号。近年来，镁离子（Mg²⁺）因其在骨代谢、抗炎、促血管生成和成骨分化中的多重作用，成为金属植入物表面改性的理想候选。然而，如何稳定引入Mg²⁺至CoCrMo合金表面并保持其生物活性，仍是骨科材料研究中的技术难点。本研究通过等离子体浸没离子植入技术（PIII）在CoCrMo支架表面引入Mg²⁺，探索其在生物活性调控中的作用，为开发高性能无骨水泥膝关节置换材料提供实验依据。
研究方法与实验
研究采用选择性激光熔融（SLM）技术3D打印具有600 μm孔径、65 %孔隙率的CoCrMo支架，并通过等离子体浸没离子植入（PIII）将镁离子引入其表面。表面形貌、元素分布及晶体结构通过FE-SEM、EDS、XPS和XRD进行表征。电化学腐蚀测试评估材料耐腐蚀性，模拟体液（SBF）浸泡实验分析Mg²⁺释放动力学。体外实验评估BMSCs、HUVECs和RAW264.7细胞在支架上的粘附、增殖、迁移及成骨、成血管和炎症调控能力。动物实验采用兔股骨髁缺损模型，植入支架后进行显影、组织切片、Goldner三色染色及荧光标记骨形成评估。同时进行生物力学推出实验和有限元分析，评估支架与骨组织的结合强度。
关键结论与观点
研究意义与展望
本研究为CoCrMo合金的表面功能化提供了一种新方法，实现了力学兼容与生物活性的双重优化，为无骨水泥TKA的临床转化奠定了基础。未来可进一步探索Mg²⁺释放动力学与剂量效应，以及其在更大动物模型中的长期稳定性与骨整合能力。
结语
本研究成功通过等离子体浸没离子植入技术在3D打印CoCrMo合金支架表面引入镁离子，显著提升其生物活性，促进成骨与血管生成，同时降低炎症反应。该表面改性策略在体外和体内实验中均表现出优异性能，为高性能骨科植入物的开发提供了新的工程路径。通过结构优化与离子功能化相结合，该方法有望在骨科生物材料领域引发范式转变，为新一代无骨水泥膝关节置换支架的临床应用提供实验依据。
