一、研究背景

骨作为一种承重组织，是第二大最常见的移植组织，每年的植骨手术超过 200 万例。轻微的骨折和损伤可通过其再生能力进行修复，而明显的缺损则需要一个完整的再生过程。虽然自体移植物和异体移植物在临床上用于骨重建已有很长一段时间，但每种移植物都有其局限性。与自体移植物相关的供体部位并发症和副作用导致漫长的等待时间和每天至少 20 例死亡。

近来，组织工程（TE）已成为骨和肌肉骨骼组织修复的另一种策略，其重点是复制原生细胞环境。一些由癌症、手术、创伤和其他重大疾病导致的大面积骨缺损应得到彻底干预。在此，设计一个可行的结构并制作一个合适的三维支架作为骨组织工程的主要目的，可以填补等待移植的患者与可用供体之间的空白。骨组织工程（BTE）的主要目标是在设计的合成支架上播种合适的细胞，并通过细胞生长天然 ECM。生物聚合物、生物陶瓷和复合材料是制造具有适当细胞活力和功能的硬组织定制支架的常用材料。

天然聚合物在人体环境中具有适当的生物相容性，但也有一些限制，如加工性和机械性能较差，因此不适合仅用作 BTE 的支架。合成聚合物具有较高的机械强度和出色的合成与改性能力。然而，这类生物材料，尤其是疏水性生物材料，并不具有出色的细胞粘附性。为了克服各类生物材料的局限性，可将天然聚合物和合成聚合物结合使用，这样既能整合两者的特点，又能消除限制。

因此，具有良好细胞活力、细胞功能、机械性能和成骨能力的各种生物聚合物、生物陶瓷及其组合物有望成为 BTE 临床应用的候选材料。基于生物陶瓷的骨支架与天然骨的矿物相类似，具有生物活性、高硬度、骨传导性和高机械强度等特点，是 BTE 不可或缺的组成部分。然而，由于通过各种技术加工材料有一定的局限性，因此需要谨慎选择制造方法。

研究表明，利用混合材料成分和三维打印方法及 ES 技术制备具有合适特征的分层结构，为 BTE 制备合适的支架，可有效促进骨再生（图 1）。研究人员认为，将 ES 与三维打印技术相结合，可在三维打印的微观结构上制备出具有纳米形貌结构的纳米纤维网，从而制备出符合所有标准的多结构支架，作为修复骨组织缺损的理想支架。合成和开发新型纳米材料和纳米结构将在这方面有所帮助。

本研究突出了这两种技术相结合的最新趋势，强调了这种方法在骨再生中的适用性。据我们所知，这是第一项建议在骨支架中使用三维打印和电纺丝整合技术的综述性研究，而之前的一些研究则证明了这种方法的有效性。

二、摘要

骨组织工程的主要目标是通过使用合适的三维支架、适当的细胞和生长激素来修复骨缺损并使其恢复活力。制作三维支架的方法多种多样，可为细胞活动和骨形成提供必要的环境。多种材料可用于制造具有分层结构的支架，这种结构最适合细胞生长和特化。本研究探讨了结合使用机器人铸造法和利用电纺丝设备创建骨再生最佳框架的概念。研究表明，这两种方法的结合可以增强每种方法的优点，并为通过这种结合解决它们的缺点提供了理论依据。预计这种混合方法将提供一种人造支架，既能有效替代骨缺损，又具备骨再生的必要品质。

三、结论

支架作为一种人造三维结构，旨在支持细胞生长、粘附、迁移、增殖和分化。细胞行为包括细胞与细胞之间的相互作用，而细胞与生物材料之间的相互作用则取决于所设计的支架特性。机器人铸造是一种基于挤压的自动成型技术，已被用作一种高效的支架制造方法，能够制造出复杂的外部几何形状以及具有微观结构和孔隙的可控内部结构。此外，ES 是一种连续的工艺，能够在基底表面沉积排列整齐或随机的微/纳米纤维，为细胞的附着、生长和分化提供理想的形貌，并增强所制备支架的机械性能。

研究表明，将这两种技术结合起来，既能发挥这两种方法的优势，又能弥补其不足。然而，根据所需的生物特性和工程特性选择合适的材料，对于打印或电纺应用来说至关重要。通过这种混合方法制备的支架有望成为 TE 应用中理想的骨替代物。

图1.利用三维打印和 ES 技术制备理想支架的假设示意图。

图2.A 使用混合技术制作的分层褶皱示意图 B 三维打印的正视图和侧视图、 C 电纺纤维垫，以及 D 电纺丝纤维的扫描电镜显微照片

图3.所开发的混合工艺，可通过三维打印（聚合物直接熔融沉积）和电纺丝的组合重复工艺，制造出含有微纤维和纳米纤维基质的混合支架。