植入3D打印支架是個性化骨修復的有效治療策略。作為骨組織工程成功的關鍵因素，支架應提供適宜的骨再生微環境和優異的力學性能。事實上，最理想的成骨微環境無疑是由具有液晶和粘彈性特征的天然骨細胞外基質（ECM）提供的。然而，在具有出色機械性能的3D 結構中模擬類似骨ECM的微環境是一個巨大的挑戰。在此，我們開發了一種簡便的方法來制造完美結合骨 ECM 樣微環境和穩健機械性能的仿生支架。3D打印聚( l-丙交酯）（PLLA）支架通過幾丁質晶須的逐層靜電自組裝得到有效強化。更重要的是，將一種具有類骨 ECM 液晶態和粘彈性的幾丁質晶須/殼聚糖復合水凝膠注入堅固的PLLA支架中，以在3D結構中構建類骨ECM 微環境，從而高度促進骨再生。此外，血管生成因子去鐵胺被包裹在復合水凝膠中并持續釋放，在血管生成中發揮長期作用，從而進一步促進成骨。這種具有類骨 ECM 微環境和優異機械性能的支架可以被認為是一種有效的骨修復植入物。
治療具有不規則形狀的骨質疏松性骨缺損是一項重大挑戰。盡管生物活性玻璃為骨再生提供了有吸引力的材料，但其固有的脆性極大地限制了其應用范圍。在此，我們報告了具有出色柔韌性甚至可以進行180°彎曲的生物活性玻璃（SiO2-CaO）納米纖維的制造。可以將生物活性玻璃納米纖維進一步組裝成3D纖維支架，并以殼聚糖為連接基。當與基于75SiO2-25CaO納米纖維和殼聚糖的支架進行基準測試時，由85SiO2-15CaO納米纖維和殼聚糖（85SiO2-15CaO NF / CS）組裝而成的支架具有明顯更好的機械性能。此外，85SiO2-15CaO NF/CS支架表現出彈性行為，可以從80％壓縮中完全恢復，并且在1000次壓縮循環后具有良好的抗疲勞性。植入后，彈性纖維支架能夠變形并適應不規則形狀的骨缺損，然后進行自展開行為，以實現與腔的完美匹配。當應用于大鼠模型中的骨質疏松性顱蓋骨缺損的修復時，85SiO2-15CaO NF / CS支架顯示出對骨再生和血管形成的顯著促進作用。
骨修復是一個復雜的過程，涉及成骨干細胞、細胞外基質和骨誘導因子的復雜相互作用，并受細菌毒素和氧化應激的影響。受植物源性植物化學物質和骨細胞外基質的無機-有機類似物性質的啟發，簡易設計了一種納米粘土-有機水凝膠骨密封劑 (NoBS) ，它將骨再生的多種物理化學線索整合到一個系統中。植物化學修飾的有機殼聚糖和富含二氧化硅的無機納米粘土的組裝可作為高度生物相容性和骨傳導性細胞外基質模擬物。裝飾的植物化學物質發揮固有的殺菌和抗氧化活性，并作為具有可注射和自愈能力的凝膠化的分子間網絡前體。此外，NoBS 發揮由納米粘土介導的骨誘導作用，調節Wnt/b-連環蛋白通路，連同骨誘導信號的加入，導致不愈合顱骨缺損的骨再生。這種受天然材料啟發而具有多功能特性的集成骨移植替代物的工程設計可能表明一種有前途且有效的方法，可以為最佳骨愈合創造有利的微環境。
具有氨基酸單體短鏈的多肽由于其多種生物學功能已被廣泛應用于臨床。然而，肽的易失活特性和爆發釋放限制了它們在體內的應用。通過使用紫外線輻射將模板光致交聯明膠（GelMA）與光致可交聯成骨生長肽（OGP）共交聯，創建了一種新型的成骨性多肽水凝膠（GelMA-c-OGP）。GelMA可以形成具有良好機械性能的可光交聯OGP的水凝膠，并促進骨骼再生。GelMA-c-OGP水凝膠可通過顯著增強成骨相關基因BMP-2，OCN和OPN的表達來加速成骨前體細胞的骨形成過程，并增加成骨細胞中鈣鹽的沉淀。同樣，GelMA-c-OGP水凝膠可促進體內骨骼再生。此外，通過蘇木精-曙紅和膠原蛋白I和TGF-β的免疫組織化學染色觀察到，與對照組相比，在GelMA-c-OGP植入組中，更多的膠原蛋白纖維連接著皮質骨。共交聯的OGP多肽通過瞬時紫外線在原位從液體轉變為固體水凝膠，這也可以增強缺損骨骼的機械性能并避免爆裂成骨肽在骨骼缺損愈合期間釋放。總體而言，與傳統方法相比，這種水凝膠輸送系統對骨缺損的愈合有重要影響。
