受生物启发的热可逆生物墨水调控依赖黏附力的骨生成过程

骨再生与3D生物打印技术进展。TRICE生物墨水（壳聚糖与明胶复合）与CaP墨水结合形成多材料支架，机械强度达骨小梁水平（33.2MPa），促进MAPK/ERK信号介导的骨细胞分化，兔模型显示8周内新骨形成与重塑，实现可降解个性化骨修复。

　　

技术成熟度

受骨细胞外基质（ECM）启发的热可逆离子-共价缠结（TRICE）生物墨水与承重3D生物打印（LB-3DBP）技术目前处于技术成熟度级别（TRL）5：在相关环境中验证一个组件的性能。该平台通过将机械作用和生物作用分离为两种墨水系统，在生物打印领域实现了重要的功能改进。这种支架具有类似小梁骨的强度，并能在不添加合成成分的情况下促进新骨形成，显示出其在承重应用中的潜力。要实现全面应用，必须解决一些关键挑战。基于κ-卡拉胶（κC）的生物墨水初期引发的炎症反应需要得到缓解，以加速愈合过程，我们正在研究可扩展且经济有效的方法来修改κC结构并调节病原体相关分子模式（PAMP）的激活。此外，还需要进行超过60天的长期研究，以确认支架在生理环境中的降解动力学。未来的工作还将集中在更大动物模型中验证其有效性，并处理可定制生物打印医疗设备的监管审批政策框架。

亮点

受生物启发的热可逆离子-共价缠结（TRICE）生物墨水模仿了骨细胞外基质，支持高细胞存活率和成骨信号传导。

复合支架的强度是仅使用水凝胶打印物的200倍，能够实现承重修复。

TRICE通过MAPK/ERK信号通路促进成骨分化，并增强细胞黏附。

TRICE在兔股骨缺损模型中展示了新骨形成。

这种完全可生物降解、针对患者个体化的平台为个性化骨再生提供了可扩展的解决方案。

摘要

在仿生骨组织工程（BTE）中，骨细胞外基质（bECM）大分子的协同整合仍需进一步探索。本研究提出了一种用于承重3D生物打印（LB-3DBP）的新生物墨水，由明胶和κ-卡拉胶（κC）组成。这种被称为“热可逆离子-共价缠结（TRICE）生物墨水”的材料具有出色的细胞存活率（>92%）、可打印性和成骨能力。这种先进的多材料生物打印方法将TRICE生物墨水与基于磷酸钙（CaP）的承重墨水结合使用。所得到的LB-3DBP支架表现出约33.2 MPa的压缩模量（与小梁骨相当），其强度是仅使用水凝胶打印物的200倍。受ECM启发的TRICE生物墨水增强了细胞黏附、细胞增殖以及MAPK/ERK介导的成骨分化。在兔股骨髁模型中，LB-3DBP支架在8周内促进了新骨形成和重塑。这项工作在BTE中实现了机械韧性和生物活性的结合，提供了完全可生物降解、针对患者个体化的支架，能够再现天然骨的特性。因此，我们的仿生多材料平台为个性化骨再生提供了可扩展的解决方案。

图形摘要

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