TPMS结构混合支架内聚合物降解对骨髓间充质干细胞增殖和成骨分化的影响

海几哲¹，吴昊翔¹，荆磊¹，徐庆宇¹，单春龙²，马学海³，赵泽¹

（1. 新疆大学 机械工程学院，乌鲁木齐 830046；2. 新疆医科大学第六附属医院，乌鲁木齐 830054；3. 新疆师范大学 心智发展与学习科学重点实验室，乌鲁木齐 830054）

摘要：大段骨缺损长期以来一直是骨科领域的重要临床挑战，主要归因于有限的成骨潜能和较长的愈合周期。钽等金属生物材料因其优异的力学性能和良好的早期骨整合能力，被广泛应用于骨再生领域。然而，其固有的生物惰性常导致种植体下沉和无菌性松动等并发症，尤其是在长期植入后，最终影响修复效果。为应对这些挑战，我们基于三周期极小曲面（TPMS）结构，开发了一种多孔钽-生物可降解聚合物复合支架，旨在系统揭示结构设计如何调控聚合物降解动力学并调节骨髓间充质干细胞（BMSCs）的生物学行为。通过评估不同浓度下由硅酸镁锂（LAP）、明胶（GE）和海藻酸钠（SA）组成的复合水凝胶，我们发现浓度为2%（w/v）的LAP配方具有可注射性，并在冷冻干燥后可形成结构规整的多孔结构。随后，我们制备了三种不同TPMS结构的多孔钽支架，即D型、G型及FDG杂合结构，并将优化后的GE–SA–LAP聚合物水凝胶注入每种支架中。结果表明，孔隙结构对聚合物降解动力学具有决定性作用：D型支架降解较慢，21天质量损失35.2%；G型支架降解较快，质量损失44.6%；而FDG杂合结构实现了空间梯度释放模式，即外部释放较慢、内部释放较快，21天总体质量损失39.8%，并伴随协调的生物活性离子释放。体外研究表明，FDG复合支架显著促进了BMSCs的增殖，与纯钽支架相比提高了26.7%，并在7天内增强了成骨分化能力。本研究提出了一种结合TPMS结构与功能性聚合物的协同设计策略，并提供了体外实验证据，支持其在骨组织工程中作为先进功能支架的潜在应用价值。

关键词：多孔钽支架，三周期极小曲面，3D打印，金属–聚合物复合支架，空间梯度降解  

扫二维码浏览全文   

Cite this article

Hai, J., Wu, H., Jing, L. et al. Impact of Intrapolymeric Degradation within TPMS-Architected Hybrid Scaffolds on BMSC Proliferation and Osteogenic Differentiation. J. Shanghai Jiaotong Univ. (Sci.) (2026). https://doi.org/10.1007/s12204-026-2924-y