Bioactive Materials
镁离子植入3D打印CoCrMo合金支架促进骨整合与血管化
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本研究通过3D打印结合镁离子植入技术，显著提升CoCrMo合金支架的骨整合与血管化能力，为无骨水泥全膝关节置换提供新型生物活性材料策略。
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，回顾并总结了镁离子植入对3D打印钴铬钼合金支架在骨整合和血管生成方面的影响。研究采用等离子体浸没离子植入（PIII）技术，在支架表面稳定引入Mg²⁺，以改善支架的生物活性，从而克服传统CoCrMo合金因模量失配和生物惰性所导致的应力遮挡及骨整合不良问题。背景知识
全膝关节置换术（TKA）是治疗终末期膝关节炎的金标准，但目前金属假体仍存在生物惰性，依赖骨水泥进行固定，易引发微动、无菌性松动等并发症。因此，无骨水泥固定策略逐渐成为研究热点，其核心在于促进假体与骨组织的直接整合。钴铬钼（CoCrMo）合金因其优异的耐磨性与耐腐蚀性被广泛用于TKA股骨组件，但其高弹性模量（210 GPa）远高于松质骨（0.02–2 GPa），导致应力遮挡效应，影响骨长入。此外，其生物惰性表面也限制了成骨与血管生成微环境的形成。3D打印技术（如选择性激光熔融，SLM）已被用于调控支架孔隙率和模量，但生物活性仍需进一步优化。近年来，镁离子因其在骨代谢中的关键作用，被广泛研究用于生物材料表面修饰，其释放可调节巨噬细胞极化、促进血管生成和成骨分化，但如何稳定植入镁并提升其生物活性仍具挑战。本研究首次将PIII表面修饰与3D打印支架结合，为开发兼具机械适配与生物活性的骨整合材料提供新思路。
研究方法与实验
研究团队采用SLM技术制造孔径600 μm、孔隙率65%的3D打印CoCrMo支架，并通过PIII技术在不同时间梯度（60、120、180分钟）下植入镁离子。表面形貌、元素分布、晶体结构、腐蚀行为及离子释放特性通过FE-SEM、EDS、XPS、XRD、电化学测试及ICP-MS进行分析。支架的机械性能在静态压缩与动态疲劳测试中评估。体外实验包括BMSCs、HUVECs及RAW264.7细胞的增殖、迁移、粘附、炎症调节、血管生成及成骨分化评估。体内实验采用兔股骨髁缺损模型，评估支架的骨长入、血管生成及生物力学整合，并通过大鼠皮下植入模型分析其抗炎能力。最终，通过组织切片染色、免疫荧orescence、qRT-PCR及Western blot等手段验证Mg²⁺对巨噬细胞极化、成骨及血管生成的调控机制。关键结论与观点
研究意义与展望
结语
本研究创新性地将等离子体浸没离子植入（PIII）技术与3D打印钴铬钼（CoCrMo）支架结合，成功实现镁离子（Mg²⁺）在支架表面的稳定修饰。镁离子的释放有效调节巨噬细胞极化，降低炎症反应，同时促进HUVECs的VEGF表达与BMSCs的成骨分化，显著增强支架的血管化与骨整合能力。体内实验进一步验证CoCrMo-Mg支架在兔股骨缺损模型中的优越骨长入表现及抗炎能力。该研究为无骨水泥全膝关节置换提供了一种兼具机械适配与生物活性的新型材料策略，具有重要的临床转化潜力。
