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为解决骨缺损治疗难题，研究人员制备 3D 生物功能磁性支架，发现其具良好性能，有望用于骨再生治疗。
在人体中，骨头就像一座坚固的大厦，不仅为身体提供支撑，保护着重要器官，还参与造血等关键活动。然而，随着人们寿命的延长，各种骨疾病和损伤却成了越来越棘手的问题。传统的骨移植治疗手段，像是自体移植、异体移植和异种移植，存在着成本高昂、易感染，而且合适供体数量有限等诸多弊端。在这样的困境下，骨组织工程（Bone Tissue Engineering，BTE）应运而生，成为了医学领域的 “新希望”，致力于找到修复和再生骨组织的新方法。
为了给骨组织工程带来新的突破，来自西班牙马德里康普顿斯大学、意大利比萨大学等机构的研究人员展开了一项极具意义的研究。他们成功制备出了 3D 生物功能磁性支架，并将相关研究成果发表在了《Tissue Engineering and Regenerative Medicine》杂志上。
研究人员在这项研究中运用了多种关键技术方法。首先是融合沉积建模（Fused Deposition Modelling，FDM）技术，通过它来构建 3D 支架的基础结构；接着采用热按需喷墨（thermal Drop-On-Demand，DOD）打印技术，将超顺磁性氧化铁纳米颗粒（Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticles，SPIONs）精确地沉积到 3D 支架表面。
在研究结果方面：
- SPIONs 的制备与表征：研究人员通过热分解铁（III）油酸酯的方法成功制备了 SPIONs，并对其进行了一系列结构和性能表征。XRD 分析显示其具有磁铁矿的反尖晶石结构，TEM 分析表明纳米颗粒尺寸均匀，约为 11nm。此外，通过配体交换和 RGD 肽功能化，成功获得了稳定的 SPIONs-DMSA 和 SPIONs-DMSA-RGD 悬浮液12。
- 支架的设计与制备：利用 FDM 技术，以聚 - L - 乳酸 / 聚己内酯 / 聚（3 - 羟基丁酸酯 - co -3 - 羟基戊酸酯）（PLLA/PCL/PHBV）（90/5/5 wt%）为原料打印出 3D 支架，该支架具有良好的生物相容性和体外成骨潜力。打印完成后，对支架的尺寸进行测量，结果显示平均直径为 4.98mm，平均高度为 0.63mm，打印精度较高。随后，通过热 DOD 喷墨打印技术将两种不同的 SPIONs 溶液（SPIONs-DMSA 和 SPIONs-DMSA-RGD）分别打印到支架表面，每种溶液分别打印 25 层和 50 层3。
- 支架的表征：通过 SEM 观察发现，打印的支架表面较为光滑，在打印线条边缘有粗糙度增加的区域。EDS 映射分析显示，SPIONs 均匀分布在支架表面，且随着打印层数的增加，铁的含量也相应增加。磁性能测试表明，支架具有超顺磁性，且磁性不受聚合物支架的影响。AFM 研究进一步证实了 SPIONs 在支架表面的沉积，使得支架表面粗糙度增加45。
- 体外生物相容性：通过多项实验评估支架的生物相容性。细胞增殖实验结果显示，hBM-MSCs 在不同支架表面均能良好增殖，且与对照组相比无显著差异。细胞活力实验表明，所有支架组的细胞活力均高于 95%。细胞内 ROS 含量分析发现，与对照组相比，在含有 SPIONs 的支架上培养的细胞内 ROS 含量降低。此外，通过荧光共聚焦显微镜和 SEM 观察发现，细胞在支架表面能够完美粘附和定植，形成完整的细胞晶格678。
- 成骨效应：研究人员通过测量 ALP 和 Runx2 表达水平、ALP 活性、矿化过程和骨钙素（OC）分泌来评估 hBM-MSCs 的成骨分化情况。结果发现，在含有 SPIONs 的支架上培养 7 天，ALP 表达和活性显著增加，且在磁场作用下增加更为明显。矿化实验表明，在 DMSA 25L + MF 和 RGD 25L + MF 条件下，细胞矿化更早。Runx2 表达在 DMSA 25L + MF 和 RGD 25L + MF 条件下显著降低，表明细胞更早进入矿化阶段。在 14 天的培养中，虽然部分成骨效应受到分化培养基的影响，但在 DMSA 25L 支架上仍能观察到矿化增加91011。
研究结论和讨论部分指出，该研究成功制备了 3D 生物功能磁性支架，这种支架具有良好的生物相容性，能够有效促进 hBM-MSCs 的成骨分化。同时，研究发现支架表面 SPIONs 的功能化（如 RGD 肽修饰）并未增强成骨效果，这可能是由于 SPIONs 固定在支架表面，无法通过整合素受体途径内化。总的来说，这项研究成果为先进的个性化骨再生治疗提供了一种极具前景的工具。通过精确控制 SPIONs 的沉积，有望实现对细胞行为的精准调控，为未来骨组织工程的发展开辟新的道路
