骨缺损是由创伤、、、习染、、、肿瘤切除或关节翻修等多种成分引起的骨陆续性粉碎和结构齐全性失落，，临床上自体骨移植因拥有优良的生物相容性，，被视为“金尺度”，，但供区有限且并发症产生率较高[1]；；；异体骨移植固然在肯定水平上缓解了骨源不及的问题，，但存在免疫倾轧和疾病传布的潜在风险[ 2 ]。。近年来，，3D 打印多孔钛支架（3D-printedporoustitaniumscaffold,3DP-PTS）凭借可控的孔隙结构、、、良好的力学机能以及优良的生物相容性，，成为当前钻研的热点方向[3-4]。。钻研批注，，合理优化孔径和孔隙率可仿照松质骨个性，，也能够推进细胞黏拥戴骨组织长入；；；同时，，理论职能化修饰及生物活性分子负载有助于提升骨整合能力，，并赋予资料抗习染和促血管天生等职能[5-6]。。目前，，部门个别化3DP-PTS 已用于髋臼、、、下颌骨及长骨缺损的重建，，并获得初步成效。。然而，，3DP-PTS 的临床转化仍面对持久生物安全性、、、制作精度和成本效益等挑战。。本文将综述 3DP-PTS 在孔隙结构设计、、、理论修饰和活性分子负载等方面的钻研进展，，结合临床利用现 状，，探求其优势与局限，，并瞻望智能涂层、、、免疫调控及人为智能辅助设计等前沿方向，，以期为骨缺损修复提供新的思路和参考。。 

1、、、3DP-PTS 的孔隙设计与骨再生效力关联性 

3DP-PTS 的孔径、、、孔隙率及连通性直接影响骨长入效能与力学不变性，，通过仿照天然的人骨单元结构，，梦想的多孔钛支架孔隙率为 60%～90%，，孔径为 300～900μm[7]。。临床前钻研批注，，孔径 300～600μm 可两全细胞浸润与机械支持，，倒で啥<200μm 时，，限度了细胞渗入和迁徙，，导致细胞重要停顿在支架理论，，难以形成深刻的细胞-基质相互作用；；；而孔径>800μm 虽能够推进血管化，，但抗压强度显著降低，，难以满足承重骨需要[8]；；；在孔隙率方面，，3DP-PTS 相较于钽、、、不锈钢等金属资料，，弹性模量靠近松质骨，，可削减应力屏蔽引发的继发性骨吸收[9-10]。。鲁斌[11] 在兔股骨髁骨缺损模型中对比分歧孔隙率支架，，发现 3D 打印的分歧孔径支架（900、、、1 200、、、1 500μm）均能实现骨组织长入。。在相宜的领域内较大孔径有利于早期骨及骨髓样组织的急剧长入；；；而较小孔径则更利于后期骨组织的大量形成。。针对结构连通性不及的问题，，邓威等[12] 的动物尝试显示，，多孔钛资料拥有优良的成骨机能和骨传导性，，其连通的多孔结构不仅利于成骨细胞长入和分化，，还利于血管天生和营养物质互换，，从而推进新生骨的形成与成熟。。钻研批注，，孔径决定细胞迁徙阈值，，孔隙率主导力学衰减曲线，，合适的孔隙结构可推进与周围骨组织形成不变固定，，加快骨骼系统的重建[13]。。

梯度孔隙设计通过仿照天然骨的力学梯度散布，，有助于降低界面剪切应力集中[14]。。已知人骨弹性模量为 7～30GPa，，支架设计需两全强度，，通常要求高于人致密骨的抗拉强度 50～150MPa，，压缩强度 100～230MPa[15-16]。。甄承栋[17] 基于竹节生物力学特点构建三周期极小曲面梯度钛支架，，其 Gyroid晶胞支架（P2V1）屈服强度达 298.81MPa，，与天然骨弹性模量领域高度匹配；；；对梯度支架进行的流体动力学仿真仿照中，，Gyroid 晶胞梯度支架组的壁面剪切力相对安稳，，且最适区域在 90% 以上，，证明其在力学机能和渗入性上阐发优良。。Brett 等[18] 对骨植入仿生资料的钻研发现，，多孔钛结构的力学机能更靠近天然骨资料，，能显著加强骨-植入物界面的机械锁合和胶原纤维整合，，提高剪切强度；；；其梯度孔隙设计削减应力集中，，可预防微动导致的纤维包裹。。Magré等[19] 开发的可变形钛支架在髋臼翻修术中实现术中塑形适配，，在仿骨缺损模型中可实现优良贴合，，梯度孔隙结构不仅实现了逐层的可塑性变形和空间填充能力，，也能通过调节支柱尺寸散布来优化整体的力学响应。。综合来看，，若何在降低应力屏蔽的同时提升多孔钛支架的抗压强度，，是将来钻研的重要方向。。 

仿生多孔结构设计则可通过接触疏导效应推进细胞定向分列。。Jarolimova 等[20] 发现钛合金支架理论对 8μm 宽度的微沟显示出很强的成骨细胞接触疏导作用，，通过接触疏导效应使成骨细胞定向分列，，推进成骨分化。。Lee 等[21] 进一步设计 3 种多孔网络结构，，并结合微弧氧化理论改性，，提升了细胞在尝试初期的附着和增殖能力。。动物尝试批注，，该支架使骨接触面积较传统步骤有显著提升[22]。。由此可见，，合适的仿生多孔结构不仅有利于成骨细胞的黏附与增殖，，还能推进其成骨分化，，为骨修复资料的设计提供新的思路。。 

2、、、理论职能化修饰提升骨整合与抗并发症能力 

3DP-PTS 植入体理论职能化修饰可进一步加强其生物理论活性及骨诱导能力。。现有钻研批注，，微弧氧化与等离子喷涂可能赋予钛理论生物活性。。Ni 等[23] 在钛合金支架理论制备钙磷涂层后，，资料理论接触角显著降低，，理论亲水性加强，，并提高了间充质干细胞的黏附密度与碱性磷酸酶活性，，从而更有效地诱导和加快成骨分化。。该了局证实，，理论职能调控可有效加强细胞生物活性。。Ma 等[24]在 3DP-PTS 上使用丝素蛋白涂层，，发现其不仅改善了成骨细胞黏附与状态，，还推进了成骨细胞增殖，，加强了成骨细胞分化与矿化；；；同时，，该丝素蛋白涂层显著降低了细胞凋亡率约 68%，，动物模型钻研显示，，丝素蛋白涂层植入物的新生骨体积/孔隙体积相比于纯钛组提升了 2 倍。。Wang 等[25] 开发了一种基于镁-MOF-74 载药系统和丝素蛋白的分级复合职能化 3DP-PTS。。该支架通过协同且可控地开释淫羊藿苷和镁离子，，有效调控了植入部位的骨免疫微环境（诱导巨噬细胞向 M2 型极化），，从而同时推进成骨分化并克制破骨活性，，最终在骨质疏松前提下显著推进了植入体与宿主骨之间的骨整合。。

纳米级理论描摹通过机械转导作用激活成骨通路。。Yang 等[26] 指出拥有纳米结构的 3D 打印钛植入体理论，，能显著推进细胞黏附，，细胞理论的整合素（如 α2β1）是感知植入体理论纳米拓扑结构的 关键受体。。它们作为机械传导的桥梁，，衔接着细胞外基质（此处即植入体理论）和细胞内的骨架系统，，从而触发成骨有关信号通路并推进成骨分化。。Jang 等[27] 在 3DP-PTS 理论涂覆还原氧化石墨烯，，利用其吸附纤维衔接蛋白的个性，，推进了成骨细胞的初始黏附、、、增殖和持久成长。。钛支架亲水性的加强与纳米级拓扑结构相结合，，为细胞创制了更合适的成长和分化微环境，，揭示纳米化学修饰对细胞外基质的调控作用。。上述了局批注，，纳米级修饰可扭转植入物理论的化学和描摹个性，，从而精确调控植入物与离子、、、生物分子及细胞的相互作用，，有利于分子和细胞活性，，并最终推进骨与植入体的整合。。

铜、、、银离子掺杂可实现抗菌与促血管天生的双重效应。。Cheng 等[28] 开发的铜-锶共掺钙硅酸盐涂层展示出双更生物效应，，即通过开释铜离子/锶离子使金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的菌落数量急剧削减，，抗菌率显著高于钛组和硅酸钙组；；；同时铜锶-硅酸钙组的植入体与周围骨组织缜密结合，，险些齐全被新生的骨组织和纤维组织覆盖，，成效显著优于纯钛组和纯硅酸钙组，，提醒离子协同作用在抗菌与成骨中的时空调控价值。。Wu等[29] 利用构建的聚多巴胺-铜复合涂层，，实现了可控且持续的离子开释，，在保留了钛合金支架自身的高力学强度的前提下，，协同加强了成血管与成骨能力。。Li 等[30] 将万古霉素-聚乙烯醇涂层利用于钛支架，，所有植入通常钛椎间融合器的对照组兔子在 1 周内全数因严重习染殒命，，手术部位出现显著化脓；；；而所有植入万古霉素-聚乙烯醇涂层 3DP-PTS 椎间融合器的尝试组兔子全数存活，，且隐语逐步愈合。。该了局证明，，3D 打印的多孔结构为涂层的不变附着和药物的高效负载提供了梦想的平台，，该多职能涂层系统突破了传统资料的单一职能局限，，实现了“抗菌骨整合”的双重作用。。综上所述，，3DP-PTS理论职能化修饰通过优化理论理化个性，，在提升骨整合机能的同时实现对习染的有效节制，，为植入体的持久不变与职能复原提供了有力保险。。

3、、、生物活性分子负载的时空协同效应

钻研显示，，结合海藻酸盐微珠、、、羟基磷灰石和骨状态产生蛋白（bonemorphogeneticprotein,BMP）-2，，并结合内固定和胶原樊篱膜的情况下，，可能为长骨大段缺损的修复提供充分且高效的骨传导性和骨诱导性支持[31]，，进一步证实成长因子持续开释对骨修复拥有关键作用。。针对血管-成骨耦联难题，，结合使用血管内皮成长因子（vascularendothelialgrowthfactor,VEGF）与 BMP-2 可实现时序开释[32]，，即甲基纤维素/RGD 肽 γ-辐照藻酸盐纳米颗粒共同负载 VEGF 和 BMP-2，，VEGF 早期（1～2 周内）急剧开释以成立血管网络，，BMP-2 后期（可持续 4～6 周甚至更久）缓慢持续开释以疏导骨细胞长入和矿化；；；此外，，借助纳米载体与先进制作技术（如 3D 打印。，，可实现生物因子的精确负载与开释动力学调控，，从而推动时序开释模式在骨修复中的利用。。Jing 等[33] 制备了一种负载辛伐他汀和水凝胶的 3D 打印钛合金支架，，其缓释系统可能通过诱导铁殒命来克制骨赘瘤细胞（143B 细胞系）的增殖和迁徙，，这种铁殒命依赖于转铁蛋白/NADPH 氧化酶 2 通路的激活；；；了局批注，，该支架系统在统一部门微环境中实现了抗肿瘤医治与骨组织再生的双重作用，，验证了“修复-医治平衡”模式的可行性。。Li 等[ 34 ] 将负载淫羊藿苷的海藻酸钠/矿化胶原蛋白水凝胶填入 3DP-PTS 中，，制备出海藻酸钠/矿化胶原蛋白 3DP-PTS 复合支架；；；海藻酸钠/矿化胶原蛋白水凝胶能有效节制淫羊藿苷的开释，，28d 内累计开释率达 77.23%，，预防了药物的突释效应，，实现了持久、、、不变的药物递送，，体外钻研显示该支架显著推进骨髓间充质干细胞的增殖与成骨分化，，其浸提液还能加强人脐静脉内皮细胞的迁徙及成管能力，，并显著上调血管天生有关基因（VEGF、、、bFGF、、、HIF-1）的表白。。综上，，多种生物活性因子的缓释系统通过期序开释调控、、、分子通路激活及多效协同机制，，显著提升骨缺损修复成效。。这种提升不仅体此刻新骨体积、、、骨密度和血管化水平的全面加强，，同时也实现了对病理性骨微环境的有效过问，，为复杂骨缺损的精准医治提供了坚实的尝试凭据。。

4、、、骨科临床利用近况

3DP-PTS 在骨缺损精准重建中展示出多维优势[35]。。付君等[36-37] 通过 CT 逆向工程构建解剖适配型钛支架，，针对 Paprosky Ⅲ型髋臼缺损实现个别化重建，，术后 6～26 个月 Harris 均匀评分从 44.0 分提升至 84.3 分，，CT3D 重建显示骨-支架接触率达92.3%±2.5%，，充分证实理解剖仿生设计对骨整合界面优化的显著述用。。Chen 等[38] 结合选取 Masquelet技术修温习染性股骨大段缺损，，分阶段实现骨缺损重建，，总体愈合率达 91%，，习染复发率低于 10%，，且患者的假体-骨界面实现了优良的骨整合，，提醒该结合战术在节制习染与推进骨愈合方面拥有临床可行性。。Pu 等[39] 钻研一种载有抗菌药物（万古霉素）和成骨因子（BMP-2）的双职能水凝胶修饰的微孔钛合金植入物，，成功开发了一种拥有活性氧断根、、、抗菌和成骨三重职能的复合植入系统，，即可能有效断根习染微环境中的活性氧；；；持续开释万古霉素克制细菌习染；；；开释 BMP-2 推进骨再生与整合；；；最终在习染性骨缺损模型中获得显著的骨愈合与植入物整合成效。。综上，，3D 打印个别化钛支架通过精准解剖适配、、、载药控释及多模态修复战术，，显著提升复杂骨缺损重建的临床疗效，，同时有效节制习染风险，，为复杂骨缺损的综合治理提供了新的循证凭据。。 

5、、、国内外有关产品的研发近况 

随着技术的成熟，，3DP-PTS 已逐步从尝试室钻研向贸易化利用过渡，，国内外多家企业推出了获批上市的产品，，为骨缺损修复提供了尺度化与个别化相结合的多元化解决规划。。 

在国外，，美国 4WEBMedical 公司开发的椎间融合桁架植入物已获美国食品药品监督治理局核准，，其怪异的侧向桁架设计可能优化载荷散布并有效推进椎间融合[40]。。意大利 AdlerOrtho 公司的TrabecularTitanium 多孔钛植入物系列选取电子束熔融技术制作，，拥有仿骨小梁的 3D 连通结构，，宽泛利用于髋、、、膝、、、肩关节翻修术中的骨缺损重建，，其持久随访数据显示出优良的不变性和骨长入成效[41]。。

在国内，，北京爱康医疗作为领军企业，，其 3D打印髋关节臼杯、、、椎体及人为椎体系统先后获得国度药品监督治理局注册核准，，并宽泛利用于临床；；；其中，，基于 3DACT（3D 精准构建技术）的多孔钛植入物在复杂髋臼缺损重建中展示了优异的临床成效，，其不仅能有效复原关节职能，，还能降低术后并发症的产生率[42]。。上海晟实医疗等公司也开发了相应的 3D 打印骨科植入物产品，，推动了该技术在国内的遍及。。 

这些已上市产品共同的特点是均选取了仿生多孔结构以确保骨整合，，但其理论改性战术相对传统，，职能化水平（如抗菌、、、促血管化）仍有较大提升空间。。因而，，将来产品研发需在维持结构仿生优势的同时，，正视理论职能化与智能化改进，，以满足临床对复杂骨缺损修复的更高需要。。

6、、、现存挑战与将来发展方向 

只管 3DP-PTS 在骨缺损修复中展示出显著优势，，但其临床转化仍面对多重技术瓶颈与科学挑战。。首先，，持久降解机制尚不明确。。多孔钛的微动磨损颗粒？？赡苡辗⒙匝字⒎从，，例如，，Berlinberg等[ 43 ] 报道多孔钛髋臼杯的总体无翻修生计率为81%，，髋臼壳特异性生计率为 88%，，无菌性失败生计率为 90%，，但术后 5 年以上数据仍不足系统性分析。。人为假体开释的钛颗粒等磨损颗粒？？赏ü碳ぱ字⑾赴、、、粉碎成骨细胞与破骨细胞间的平衡，，诱发周围性骨溶化[44]。。因而，，需成立 10 年以上的临床随访数据库，，并结合组织病理学分析，，明确持久植入后的生物相容性变动法规。。其次，，大规模出产质量节制仍是亟待解决的难题。。传统数字光处置打印因纳米陶瓷颗粒引起的光散射效应，，导致现实打印精度严重受损，，即便设备具备微米级理论精度，，制品孔径往往偏离设计值。。而钻研批注，，有利于骨长入的梦想孔径领域通常在 100～500μm，，一旦孔隙误差过大，，骨长入效能便会显著降落[45]。。此外，，理论粗糙度的颠簸可能影响细胞黏附与分化行为。。例如，，Wang 等[46] 使用原子力显微镜测定了 4 种理论的粗糙度，，粗糙理论（粗糙钛理论和负载锶的粗糙钛理论）推进了骨髓间充质干细胞的黏附、、、增殖和成骨分化，，骨髓间充质干细胞的碱性磷酸酶活性提升。。将来需开发高精度原位监测技术，，例如激光过问仪某人为智能驱动的实时反馈系统，，以实现孔隙结构与理论描摹的尺度化出产。。

在创新方向上，，智能响应型涂层的开发是重要趋向。。当前钻研多集中于 pH 或酶触发释药系统，，Li 等[47] 设计的 pH 响应型涂层可在习染微环境下急剧开释万古霉素，，部门药物浓度可能急剧达到高药物浓度，，在早期有效杀灭细菌，，并在必要时持久持续阐扬细菌敏感作用。。然而，，此类系统的靶向性与可控性仍需提升。。将来可索求多重响应机制，，例如将温度敏感水凝胶与酶降解资料相结合，，以实现时空精准的药物开释。。

对骨再生拥有关键作用。。Razzi 等[48] 通过理论修饰一层拥有互联微孔结构的氧化物涂层进行处置，，与未处置的植入物相比，，等离子体电解氧化处置显著降低了巨噬细胞的促炎反映，，上调了 M2 型巨噬细胞理论标志物 CD163 的表白，，并维持了抗炎因子（趋化因子 CC 配体 18）和修复因子（转化成长因子-β1）的表白；；；了局批注，，等离子体电解氧化可自动调控宿主免疫反映，，将其由促炎向促修复方向转变。。Ma 等[49] 开发的智能微波响应型多职能复合支架 ，， 通过负载化疗药阿霉素和免疫克制剂的ZIF-8（zeoliticimidazolateframework8）纳米资料，，能高效断根原位骨赘瘤并激活壮大的抗肿瘤免疫 以克制复发；；；同时，，借助 ZIF-8 降诠开释的锌离子的成骨活性和 3D 打印钛支架的结构支持，，实现了抗肿瘤与成骨再生的双重职能。。

机械学习与人为智能的融合将成为推动支架设计改革的重要动力。。传统试错法研发周期长，，而天生匹敌网络可通过度析海量生物力学数据预测最优结构参数，，显著缩短研发周期[50]。。Li 等[51] 利用天生匹敌网络深度学习技术重建 3D 多孔资料，，从2D 横截面微观结构重建多孔陶瓷资料的 3D 微观结构；；；通过天生匹敌网络重建的微观结构与通过离子束聚焦重建实现的真实微观结构进行了比力分析，，从比理论积、、、孔隙率和迂曲成分方面评估天生匹敌网络天生的微观结构。。

7、、、结语 

3DP-PTS 通过结构-职能一体化设计，，为骨缺损修复提供了从基础钻研到临床利用的齐全解决规划。。其主题优势蕴含精准调控孔隙参数以仿照松质骨力学机能，，削减应力屏蔽效应，，同时通过理论职能化修饰和生物活性分子负载协同提升骨整合效能与抗习染能力。。然而，，其宽泛利用仍受限于持久生物安全性、、、制作精度及成本效益等的挑战。。因而，，将来需通过多中心持久钻研验证其安全性，，并推动制作尺度化与个别化需要的平衡，，以确立其在骨科重建中的主题职位。。新兴技术如智能涂层、、、免疫调控及人为智能的深度融合，，有望突破现有技术瓶颈，，推动 3DP-PTS 从尝试室创新向临床通例利用的全面转化。。将来临床转化需平衡制作尺度化与个别化需要，，推动多学科交叉创新。。资料科学、、、免疫学与推算机科学的协同攻关，，可加快智能涂层、、、免疫调控支架及人为智能优化设计的临床利用。。同时，，成立全球多中心合作网络，，系统评估大规模出产的质量节制尺度与成本效益比，，将是实现3DP-PTS 从尝试室突破向临床通例利用转化的关键。。唯有通过技术创新与临床验证的双轮驱动，，方能确立其在骨科修复中的主题职位，，为复杂骨缺损患者提供更高效、、、安全的再生医学解决规划。。

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收稿日期：2025-03-22    修回日期：2025-10-13

（注，，原文标题：3D打印多孔钛支架修复骨缺损的临床转化与挑战）