综述：微藻在3D生物打印与骨再生中的应用：趋势、进展与未来展望

这篇综述系统阐述了微藻（Microalgae）作为光合活性生物材料在3D生物打印（3D Bioprinting）和骨组织工程中的创新应用，重点探讨了其产氧能力、免疫调节特性及生物活性代谢物（如岩藻多糖Fucoidan、β-葡聚糖）对骨修复（Bone Regeneration）的促进作用，提出了通过基因/材料工程克服机械强度不足等临床转化挑战的策略。

　　

生物与生化特性

微藻作为光合自养生物，包含绿藻（如小球藻Chlorella）和蓝藻（如螺旋藻Spirulina），其独特的生化组成赋予其在生物医学中的优势。绿藻富含叶绿素和结构多糖，而蓝藻则以其高蛋白含量和固氮能力著称。这些特性使其成为骨组织工程的理想候选材料，尤其是其分泌的硫酸化多糖（如岩藻多糖）和类胡萝卜素，已被证实可促进成骨细胞分化和细胞外基质矿化。

绿色生物打印进展

将光合微生物（如眼虫藻Euglena gracilis）整合到水凝胶生物墨水（Hydrogel-based Bioink）中，可构建代谢活性支架，实现原位氧合与生物分子缓释。例如，封装Chlorella vulgaris的藻酸盐支架能在缺氧环境下维持哺乳动物细胞活力，其分泌的抗氧化剂（如超氧化物歧化酶SOD）可减轻氧化应激损伤。

微藻在骨形成中的作用

微藻衍生的生物材料通过多重机制促进骨修复：其矿物成分（如碳酸钙）模拟天然骨基质，而藻源β-葡聚糖可激活巨噬细胞向促再生表型（M2型）极化，减少炎症反应。最新研究显示，转基因Spirulina表达的骨形态发生蛋白-2（BMP-2）能显著加速大鼠颅骨缺损的愈合速度达40%。

关键研究趋势

当前研究聚焦三大方向：

1. 1.

   光合整合——开发能持续产氧的"活体支架"，解决厚壁骨移植物内部缺氧难题；

2. 2.

   材料创新——通过藻类胞外聚合物（EPS）增强支架机械性能，如掺入Diatom硅藻壳的复合水凝胶抗压强度提升2倍；

3. 3.

   功能杂交——构建分区化（Zone-specific）打印结构，例如表层负载Chlorella的氧合层与内层含BMP-2的成骨层协同作用。

临床转化挑战

尽管前景广阔，藻类支架仍面临宿主免疫排斥（如藻类细胞壁引发的TLR4通路激活）、长期存活率低（体外培养7天后活性下降约30%）等问题。新兴的低温等离子灭菌技术和CRISPR基因编辑（如敲除免疫原性蛋白编码基因）正逐步突破这些瓶颈。

未来展望

下一代藻基生物墨水将朝着"智能化"方向发展，包括光控代谢切换（如蓝光诱导Synechococcus的氧爆发式释放）和4D打印响应性支架。跨学科合作有望在5年内实现首批用于颌面骨缺损修复的临床级藻类生物墨水。