Chemical Engineering Journal|3D 打印多孔钛合金支架，采用复合水凝胶负载 emodin 脂质体改造，用于治疗假体周围关节感染

假肢周围关节感染（PJI）是骨科手术后常见且严重的并发症，常导致骨骼愈合受损和假体松动。传统治疗方法，包括抗生素和手术修复，效果有限。因此，迫切需要具备抗菌和整骨特性的新型植入材料。本研究展示了一种新型 3D 打印仿生小梁多孔钛合金支架。支架通过将艾莫丁脂质体（EP）装载到 GelMA-单宁酸复合水凝胶（GA）中，得到了 Ti-GA@EP 复合支架的增强。体外实验表明，Ti-GA@EP 支架表现出显著的抗菌活性，对金黄色葡萄球菌（S. aureus）的抗菌率为 92%，对大肠杆菌（E. coil）的抗菌率为 88%，同时有效抑制细菌生物膜的形成。免疫调节实验表明，Ti-GA@EP 支架促进巨噬细胞从促炎 M1 表型转变为抗炎 M2 表型。这一转变伴随着 iNOS 和 TNF-α表达的减少，同时 IL-10 和 Arg-1 的水平上调。体内实验证实了支架的骨骼整合效能。钛-GA@EP 组的骨体积分数比钛合金支架组高出 10.25%。在假体周感染模型中，Ti-GA@EP 支架展现出优越的抗菌特性和增强新骨形成。 通过整合抗菌、免疫调节和成骨功能，这一复合支架解决了传统支架单一功能的局限性。它为 PJI 治疗提供了一种新颖的策略，具有极大的临床潜力，对于预防假体感染和修复骨缺损至关重要。

该研究以题为“3D-printed porous titanium alloy scaffolds modified with composite hydrogel-loaded emodin liposomes for the treatment of periprosthetic joint infection”发表在Chemical Engineering Journal上。

图1

EP、GA水凝胶及复合支架的表征。（A）Ti-GA@EP支架准备的示意图。（B）扫描电子显微镜图像，显示2%、5%和10%GA复合水凝胶的横截面形态，附插图（左上角）。比例杆：400微米。（C）F-IR光谱，包括G、2%GA、5%GA和10% GA。（D）脂质体的SEM图像;内嵌展示了一张宏观照片。（E）脂质体的XPS元素分析。（F）脂质体的尺寸分布分布图。（G）SEM图像及Ti和Ti-GA@EP支架的相应元素映射。比例杆：500微米。（H）装载脂质体复合水凝胶的SEM图像。（一）Ti和Ti-GA@EP支架的水接触角。（J） Ti-GA@EP支架10天内EM和TA累计释放曲线。（数据代表S.D.±平均值。统计样本量为n=3;*， P < 0.05;**， P < 0.01;，P < 0.001;不重要。

总结

针对假体周围关节感染（PJI）治疗中单一功能支架的局限，本研究构建了3D打印多孔钛合金支架，表面复合负载大黄素脂质体的GelMA-单宁酸水凝胶（Ti-GA@EP）。体外显示该支架对金葡菌和大肠杆菌抑菌率分别达92%和88%，并能抑制生物膜形成。同时可诱导巨噬细胞向M2抗炎表型极化。体内结果证实其骨体积分数较单纯钛支架提高10.25%，兼具抗菌与促骨整合双重作用。

Ti-GA@EP支架将抗菌、免疫调节及成骨活性集于一体，为PJI治疗提供了超越传统抗生素和单一功能植入物的新思路。后续可围绕载药体系释放动力学优化、大动物感染模型长期安全性评估以及多中心临床前验证展开，有望推动功能整合型骨科植入物的临床转化，应用于感染高风险患者的骨缺损修复与假体稳定。

参考文献：