这篇文档属于类型a，即报告了一项原创性研究。以下是针对该研究的学术报告：

主要作者与机构

本研究由Xin Sun、Xin Jiao、Xue Yang、Jie Ma、Tianchang Wang、Wenjie Jin、Wentao Li、Han Yang、Yuanqing Mao、Yaokai Gan、Xiaojun Zhou、Tao Li、Shuai Li、Xiaodong Chen和Jinwu Wang共同完成。研究团队主要来自上海交通大学医学院附属第九人民医院骨科植入物上海重点实验室、西南交通大学医学院、上海交通大学生物医学工程学院、东华大学化学化工与生物技术学院以及上海交通大学医学院附属新华医院骨科。该研究于2022年4月22日发表在Biofabrication期刊上，文章标题为《3D Bioprinting of Osteon-Mimetic Scaffolds with Hierarchical Microchannels for Vascularized Bone Tissue Regeneration》。

学术背景

本研究属于骨组织工程领域，重点关注骨缺损修复。骨缺损修复是临床实践中的关键问题，尤其是由创伤或肿瘤引起的大面积骨缺损。目前，骨组织工程致力于开发骨替代物，如生物材料和三维（3D）打印支架，以解决同种异体移植中的病原体传播和免疫排斥问题。然而，现有的研究大多仅关注支架的成骨作用，而忽视了血管化在骨修复中的关键作用。血管化不仅为骨组织提供营养，还支持骨髓间充质干细胞（BMSCs）和成骨细胞的迁移、增殖和分化。

本研究的目标是通过3D生物打印技术构建仿生骨单位（osteon）支架，模拟天然骨组织中的血管网络结构，促进血管化和骨再生。具体而言，研究者希望设计一种具有中央髓腔、外周哈弗斯管和横向福尔克曼管的分级微通道支架，以增强血管化和骨修复效果。

研究流程

1. 材料准备与3D生物打印
   研究团队首先制备了用于3D生物打印的生物墨水，主要成分包括明胶、纤维蛋白原、透明质酸、甘油和Pluronic F-127。同时，使用聚己内酯（PCL）作为增强材料，以提高支架的机械强度。生物墨水中加载了骨髓间充质干细胞（BMSCs）和骨形态发生蛋白-4（BMP-4），以促进成骨和血管化。
   支架的设计模拟了天然骨单位的微通道结构，包括中央髓腔、外周哈弗斯管和横向福尔克曼管。研究团队使用Opus 3D生物打印机进行打印，通过调节打印参数（如气压和喷嘴尺寸）精确控制支架的结构。

2. 支架的孔隙率与机械性能测试
   研究团队通过液体置换法测量了不同结构支架的孔隙率，并使用压缩测试机评估了支架的压缩弹性模量和屈服强度。结果表明，支架的孔隙率和机械性能可以通过调节微通道的数量和直径进行精确调控。

3. BMP-4的释放测试
   研究团队通过酶联免疫吸附试验（ELISA）评估了生物墨水中BMP-4的释放情况。结果显示，BMP-4在14天内持续释放，释放率为23.51±1.37%，这一浓度足以诱导BMSCs的成骨分化和内皮祖细胞（EPCs）的血管化。

4. 生物相容性测试
   研究团队通过活/死细胞染色和CCK-8实验评估了支架的生物相容性。结果显示，支架具有良好的细胞相容性，能够支持BMSCs和EPCs的增殖和分化。

5. 体外成骨与血管化实验
   研究团队通过免疫荧光染色和碱性磷酸酶（ALP）染色评估了BMSCs的成骨分化能力，并通过CD31和VE-cadherin染色评估了EPCs的血管化能力。结果表明，具有分级微通道的支架显著促进了成骨和血管化。

6. 体内实验
   研究团队将支架植入新西兰白兔的股骨髁缺损模型中，通过显微CT和组织学染色评估了支架的骨修复效果。结果显示，具有分级微通道和BMP-4的支架显著促进了新骨形成和血管化。

主要结果

1. 支架的机械性能与孔隙率
   研究团队成功构建了具有不同微通道结构的支架，并发现支架的压缩弹性模量范围为53.44±1.26至83.72±2.74 MPa，屈服强度范围为9至20 MPa。孔隙率则通过调节微通道的数量和直径进行精确调控。

2. BMP-4的释放
   BMP-4在14天内持续释放，释放率为23.51±1.37%，这一浓度足以诱导成骨和血管化。

3. 生物相容性
   支架具有良好的生物相容性，能够支持BMSCs和EPCs的增殖和分化。

4. 体外成骨与血管化
   具有分级微通道的支架显著促进了BMSCs的成骨分化和EPCs的血管化。

5. 体内骨修复
   在兔模型实验中，具有分级微通道和BMP-4的支架显著促进了新骨形成和血管化。

结论

本研究通过3D生物打印技术成功构建了仿生骨单位支架，具有分级微通道结构，能够同时促进血管化和骨再生。支架的机械性能和孔隙率可以通过调节微通道的数量和直径进行精确调控。此外，BMP-4的持续释放进一步增强了支架的成骨和血管化效果。该研究为骨缺损修复提供了一种新的仿生策略，具有重要的科学价值和临床应用前景。

研究亮点

1. 创新性支架设计：本研究首次通过3D生物打印技术构建了具有分级微通道的仿生骨单位支架，模拟了天然骨组织的血管网络结构。
2. 精确调控性能：支架的机械性能和孔隙率可以通过调节微通道的数量和直径进行精确调控，满足不同患者的临床需求。
3. 双重功能：支架不仅具有良好的成骨效果，还通过分级微通道和BMP-4的释放显著促进了血管化。
4. 体内验证：研究通过兔模型实验验证了支架的骨修复效果，为其临床应用提供了有力支持。

其他有价值的内容

本研究还详细探讨了支架结构与生物功能之间的关系，为未来骨组织工程支架的设计提供了重要参考。此外，研究团队开发的3D生物打印技术也为其他组织工程领域的研究提供了新的思路。