研究背景:骨骼具有很强的再生能力。事实上,小骨缺损通常通过自我修复来愈合。然而,严重的创伤、骨肿瘤切除和骨感染会导致大面积的骨缺损,超过了自我修复的能力。在这些情况下,我们依靠人工干预后的自体骨修复。此外,由于自体骨数量有限、骨移植部位受损和移植后骨坏死等并发症,科学家正在不断寻找有效的骨替代物。近几十年来,组织工程平台利用材料科学、生物工程和干细胞技术生产骨替代品。随着骨修复需求的增加,骨组织工程是促进骨再生的理想方法,并且在临床实践中也取得了进展。血管在促进节段性骨缺损的再生和修复中起着至关重要的作用,血管的缺乏可导致骨折部位的严重坏死。骨损伤后血液供应不足被认为是骨折愈合不良的主要原因,约10%的骨折患者的康复受到影响。血管内皮生长因子（VEGF）是血管生成中的重要生长因子,广泛用于诱导血管重塑。VEGF增加血管通透性并促进血管生成。此外,它被证明对内皮细胞的迁移有很强的趋化作用。相关研究表明,VEGF对骨形成和重塑都至关重要。钛合金（Ti6Al4V）具有较高的生物相容性和机械强度,使其成为牙科和骨科植入物中极具吸引力的骨替代物。此外,这些钛合金的耐腐蚀性、化学惰性和低杨氏模量是其广泛应用的额外原因。然而,钛合金的生物惰性可能会抑制其在植入后与骨组织的直接结合。通过3D打印技术打印的钛合金可以实现私人定制,并提供有序的多孔结构,从而避免不均匀孔隙造成的不均匀应力,降低支架损坏的风险。具有足够直径的孔可以为细胞定植和代谢物运输提供足够的空间。此外,为了减少钛合金的惯性,提高生物活性,促进支架内血管和骨的再生,有必要将VEGF引入支架。目前,组织工程使用水凝胶作为细胞、药物和生长因子的载体。其中,温敏胶原水凝胶特别令人感兴趣,因为它具有独特的能力,可以根据温度从液体状态转变为凝胶状态。通常,液态水凝胶用于封装细胞因子,而胶体态水凝胶用于药物的持续释放。与全身用药相比,局部用药可以减少用药量,避免全身副作用,提高局部治疗效果。在本研究中,我们将VEGF、温敏胶原水凝胶和3D打印钛合金支架结合,构建能促进局部血管生成和骨整合的生物活性界面。我们假设复合支架在植入后将提供VEGF的持续释放,释放的VEGF将招募内皮细胞,并促进兔股骨远端骨缺损的骨和血管再生。方法:1.使用EBM制备3D打印多孔钛合金支架,低温下将液态温敏胶原与VEGF混合物注入支架孔隙中,并于37℃静置获得复合支架。2.使用扫描电镜观察3D打印多孔钛合金支架和复合支架的表面形貌和孔隙率等参数。3.采用酶联免疫吸附试验（enzyme-linked immuno sorbent assay,ELISA）评估VEGF在复合体系中的释放速度。4.体外实验中采用活/死染色和CCK-8试验检测复合支架对人脐静脉内皮细胞（HUVECs）活性的影响。采用小管形成实验、RT-q PCR实验验证复合支架对HUVECs分化的影响。5.体内实验中,建立兔股骨缺损模型,将实验组分为3组:3D打印多孔钛合金支架（e Ti）、多孔钛合金支架负载温敏胶原（c Ti）、多孔钛合金支架负载温敏胶原与VEGF的复合物（c Ti/VEGF）,将三组支架分别植入兔股骨外上髁,在6、12周时取出支架,采用Micro-CT、组织学评估、免疫组化、力学推出测试等方法在骨缺损模型中研究复合支架对界面血管再生和骨整合的作用。结果:1.使用3D打印技术制备了圆盘形（φ10 mm×L3 mm）和圆柱形支架（φ4mm×L8 mm）两种钛合金支架,参数均为:孔隙率=70%,孔径=500μm。扫描电镜的结果显示钛合金支架有粗糙的表面形貌,复合支架的孔隙内被温敏胶原填充,且具有多孔结构。2.ELISA结果反应VEGF经历过第一天的爆发性释放后持续作用长达15天以上。3.通过活/死染色和CCK-8试验评估发现,与e Ti、c Ti组相比,c Ti/VEGF组中HUVECs的数量和活性较高。小管形成实验结果表明c Ti/VEGF组产生更多的血管结构,且血管标记物MMP-2有所上调。4.建立兔股骨缺损模型,成功将e Ti、c Ti、c Ti/VEGF组分别植入到缺损处。术后6周和12周取出标本做检测。Micro-CT显示c Ti/VEGF组的骨组织量要大于另外两组,骨体积分数（BV/TV）、骨小梁厚度（Tb.Th）和骨小梁数量（Tb.N）均为最高。硬组织切片中的VG染色的结果与Micro-CT结果一致。免疫组化中证实c Ti/VEGF组中的I型胶原和CD31表达量最高。力学推出测试证实c Ti/VEGF的骨整合强度要高于e Ti和c Ti组。结论:在这项研究中,我们通过在支架上引入表面生物活性涂层来增强骨整合。这加速了HUVECs聚集、血管形成以及3D打印钛合金多孔支架中骨的生长和骨整合。我们还在热敏胶原水凝胶上均匀包覆VEGF,以填充钛合金支架的孔隙,形成具有良好生物活性和力学性能的复合支架。局部血管内皮生长因子的缓慢释放招募了内皮细胞,增强了血管和骨的再生以及界面的整合。我们的结果证实,带有VEGF/温敏胶原水凝胶涂层的3D打印多孔钛支架可以促进血管生成和骨整合。