本研究论文来自蒋欣泉教授团队，文章聚焦牙列缺损/缺失的种植修复治疗，开发了一种新型多功能种植体表面涂层。钛作为牙科种植体的主要材料被广泛应用，但仍然存在种植体表面生物活性较低等不足。本研究利用聚多巴胺（PDA）的高黏附性和机械性能以及明胶优良的亲水性、生物相容性和促细胞黏附性能，设计制备了一种聚多巴胺-羟基磷灰石-明胶（PHG）复合多功能涂层来改善钛种植体的表面性能。研究表明该表面PHG复合多功能涂层具有良好的亲水性、光热效应和稳定性。进一步通过探究该涂层对细胞黏附、增殖和成骨分化等的影响，以及其对口腔常见致病细菌变形链球菌（S.mutans）的抗菌性能，发现PHG涂层具有良好的生物相容性，能够促人牙龈成纤维细胞黏附生长、促骨髓间充质干细胞成骨分化，并显著抑制S.mutans活性。本研究证实新型PHG有可能作为一种钛种植体的表面改性方法，提高种植体表面的生物活性，使其具有良好的生物相容性、抗菌能力，同时促进种植体骨结合和软组织封闭，可为设计新型钛种植体表面改性方法和材料提供新的策略。

（苏庭舒医生和郑奥博士为共同第一作者，忻贤贞医生为共同通讯作者）

本研究论文聚焦于设计模拟骨骼肌结构及细胞外基质成分的组织再生贴片，结合静磁场(SMF)以调控骨骼肌的再生。在骨骼肌再生的过程中，有序肌肉纤维的生成以及恢复丢失的细胞外基质提供的结构线索至关重要。为了实现此目标，许多策略都侧重于利用生物材料重建天然骨骼肌的结构组织，特别是肌肉细胞的单轴排列，这对维持骨骼肌的收缩至关重要。在这里，利用E-jet 3D打印技术制备组织再生贴片，结合静态磁场，通过机械和磁刺激调控骨骼肌再生。组织再生贴片结合静磁场能诱导成肌细胞形成定向的多核肌管并通过激活p38α MAPK途径启动肌原性分化。本论文中使用的方法是一种潜在的能够诱导受损骨骼肌组织再生的技术。

本研究论文聚焦生物3D打印胰岛对I型糖尿病的治疗研究。I型糖尿病是由朗格汉斯胰岛β细胞缺失引起的胰岛素缺乏导致的。在严重的情况下，一般会将胰岛移植到门静脉中。然而，由于移植胰岛的丧失和胰岛功能的衰竭，这些患者的5年胰岛素独立率小于50%。在这项研究中，我们开发了一种长期促进胰岛素分泌的3D生物打印结构，植入皮下以防止胰岛丢失。采用β细胞（小鼠胰岛素瘤-6：MIN-6）包封海藻酸盐生物墨水和聚己内酯生物降解聚合物的多层生物打印结构。葡萄糖反应测定显示，该结构在4周的体外培养期间可以正常增殖和释放胰岛素。生物打印的MIN-6细胞会聚集成为直径为100-200 μm的簇，类似于所打印结构的原始胰岛。本研究采用患有I型糖尿病的小鼠模型进行体内研究，植入生物打印结构的动物在术后8周显示出胰岛素分泌水平提高三倍并可以控制血糖水平。由于植入的生物打印结构对实验动物的胰岛素分泌有积极影响，因此植入组（75%）的存活率是对照组（25%）的三倍。结果表明，本文所提出的3D生物打印的皮下结构可能是比门静脉胰岛移植的更好替代方案。

本研究论文聚焦指定力学性能的多孔椎间融合器多尺度设计及生物力学性能评价。钛合金融合器已广泛用于经椎间孔腰椎融合术，但融合器和相邻骨性终板之间的刚度差异增加了融合器的应力遮挡效应和沉降的风险。本研究提出一种多孔钛合金融合器多尺度优化设计方法，包括基于均匀化理论的微观拓扑优化，用于获取具有指定力学性能的单胞，宏观拓扑优化用于确定多孔钛合金融合器上框架结构的布局，并维持融合器所需的刚度。仿真结果表明，多孔融合器增加了填充骨的应变能密度，降低了骨性终板上的峰值应力。从生物力学角度来看，设计的多孔融合器有助于降低融合器的应力遮挡效应和沉降的风险。但是，多孔融合器的增材制造仍需要进一步优化工艺参数和后处理，以消除与设计的力学性能和形貌之间差异。该多尺度优化方法可以推广应用于其它类型的骨科植入物设计。

（论文的第一作者为山东大学机械工程学院博士研究生王宏卫；山东大学齐鲁医院骨科刘新宇主任为本研究做出了重要贡献；山东大学机械工程学院万熠教授为该文章的通讯作者）

本研究论文聚焦4D打印用于药物智能控释的水凝胶胶囊。个性化药物，以及疾病特异性和条件依赖性药物释放在药物递送中一直备受追求。4D打印作为新兴的制造技术，在开发药物递送系统方面具有独特的优势，可以制造出根据生理条件(温度、pH值和离子等)智能控释的药物载体。在此，通过多材料挤出式4D打印方法开发了核壳型智能水凝胶胶囊，其内“核”为模型药物，其外“壳”为聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)水凝胶。因PNIPAM具有最低临界溶液温度(LCST)，所制备的PNIPAM水凝胶的内部孔隙尺寸会随温度的变化进行改变，这赋予了水凝胶胶囊温度响应释放的能力。体外药物释放研究表明，该水凝胶胶囊可以根据环境温度自主地改变其药物释放行为，并且还可以通过调整胶囊壳厚度对药物释放进行编程。所开发的4D打印水凝胶胶囊开创了智能释放的新范式，在药物和大分子活性物质的智能控释方面具有广阔的应用前景。

本研究论文聚焦负载BMP-2的PMMA-水凝胶混合骨水泥促进成骨用于经皮椎体成形术的研究。经皮椎体成形术（PVP）和经皮后凸成形术（PKP）中应用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）骨水泥可显著增强并稳定骨折的椎体，是目前治疗骨质疏松性椎体压缩骨折的普遍策略。然而，PMMA骨水泥的弹性模量及固化温度较高，缺乏生物活性并难以降解，限制了其临床应用。本研究将PMMA骨水泥与负载BMP-2的氧化透明质酸和羧甲基壳聚糖自交联水凝胶混合，制备了新型骨水泥。与纯PMMA相比，PMMA-水凝胶混合水泥具有较低的弹性模量和固化温度、较好的生物降解性和生物相容性。同时，该混合骨水泥可以注射使用，能够满足必要的固化时间和力学强度。此外，PMMA-水凝胶混合骨水泥释放的BMP-2，通过上调Runx2、Col1和OPN的表达，增强骨髓间充质干细胞的体外成骨能力。体内实验证明，混合骨水泥可促进兔股骨髁骨缺损中新生骨的生成。综上所述，负载BMP-2的PMMA-水凝胶混合骨水泥为PVP和PKP治疗骨松椎体骨折提供了新思路，具有一定的临床应用前景。

本研究论文聚焦下颌关节置换植入物的设计优化与性能评估研究。仅当关节有不可逆的损伤且保守治疗不能改善功能时，才建议进行全颞下颌关节 （TMJ） 置换术。现阶段已经出现了几种库存和定制的TMJ植入物可供选择。然而，综述性和比较性研究无法发现两种解决方案之间的显著差异。在医疗实践中引入增材制造技术可以实现更大的设计自由度和更高程度的定制化器械。增材制造技术与结构优化的结合可以使开发过程简化，并为制造生物力学增强的颞下颌关节植入物提供关键技术支持。在本研究中，应用结构优化技术来开发和数值验证患者特异性颞下颌关节植入物。本文使用有限元分析，在四个不同的标称和最大咬合指标下评估每种中间TMJ设计的生物力学行为。此外，本研究还提出一组新的指标来比较每个设计在生物力学性能和植入物安全性方面的差异。结果表明，最终选择的颞下颌关节植入物可以恢复55%-82%的自然/完整应变模式。与初始设计相比，门牙咬合力的生物力学性能提高了15%，右臼齿咬合力提高了15%，左臼齿咬合力提高了17%，左组咬合力降低了2%。结果还表明，近端支路的负荷转移减少了植入物对下颌骨应变模式的影响。最后，结构优化使得体积减少高达44%，同时将种植体安全性和生物力学性能的损失降至最低。

本研究论文聚焦同轴生物打印间充质干细胞微纤维模拟肿瘤微环境。尽管中枢神经系统疾病在早期诊断和精准医学方面取得了一些进展，但由于其特殊的解剖结构和生理特征，仍面临巨大的挑战。肿瘤治疗的复杂性之一体现在肿瘤微环境的成分复杂，包括表现出肿瘤倾向性并可用于细胞治疗的间充质干细胞(MSCs)。在胶质瘤微环境中，MSCs是否促进或抑制胶质瘤仍不清楚。本研究设计了一种同轴微纤维来模拟肿瘤微环境，以揭示MSCs对胶质瘤细胞的影响。纤维外壳由间充质干细胞和海藻酸盐组成，纤维核心充满U87MG(胶质母细胞瘤)细胞和甲基丙烯酸明胶。这种外壳-MSC/内芯-U87MG微环境提高了胶质瘤细胞的增殖、生存、侵袭、转移和耐药能力，同时保持了保证胶质瘤细胞无限增殖能力的肿瘤细胞干性，提示MSCs在人体内的肿瘤微环境中同样可能有促瘤的作用，是需要临床考虑的因素之一。综上所述，同轴挤压生物打印Shell-MSC/Core-U87MG超细纤维是肿瘤和基质细胞共培养、观察肿瘤生物学行为的理想平台，也为其他具有复杂肿瘤微环境组分的肿瘤提供了共培养新思路，具有一定的临床前景和指导作用。

本研究论文聚焦3D螺旋通道集成的细胞筛用于临床胸腔积液样本中稀有肿瘤细胞的高通量富集与分析。肺癌病人的胸腔积液中潜藏的稀有肿瘤细胞可能携带着丰富的肿瘤信息。通过对于这些信息的获取和分析，有望被用于指导肺癌临床诊断和制定药物治疗方案。然而，由于这些细胞的稀有性，从100 mL量级的胸腔积液中高通量、高回收率地富集出高纯度、高活性的疑似肿瘤细胞依然存在较大挑战。现有的基于肿瘤细胞尺寸的细胞筛分法简单有效，但是在过滤过程中孔之间存在“流体死区空间”，存在易堵塞、细胞滤不干净等不足。

论文作者受日常手工冲调咖啡的启发，提出一种将传统2D过滤，变成3D过滤的升维策略，较好地克服了上述不足。基于该思路，设计了一种漏斗型的3D螺旋通道集成的细胞筛器件（简称“3D细胞筛”），并用于从胸腔积液中对稀有肿瘤细胞的富集筛选。

该3D细胞筛装置是由漏斗形支架、中间的柔性微孔膜以及扣压在膜上的3D螺旋型微流体通道相结合构成的三层锥型复合结构，如图1所示。它的特色之处在于利用膜上的3D螺旋通道引导含有稀有细胞的待分析液体样本在膜上螺旋流动，从而在流动中不断将小细胞（背景细胞）和液体滤出，而大细胞（目标细胞）最终流向锥尖被最终回收，达到高纯度富集目的。

实验结果发现，只需简单将待分析样品倒入该3D细胞筛，不需要离心或者压力驱动，即可达到如下性能指标：(1) 通量方面：对于全血样品三倍稀释的过滤通量最高可达20 mL/min，比2D方法提高了20倍；(2) 回收率方面：30 mL PBS中100、1000、10000 cells/mL的回收率可分别达到(84.5±21)%、(86±25)%、(83±14)%，同时，1 mL PBS仅有5个A549细胞的样品中阳性检出率均能达到100%；(3)纯度方面：典型达到(85.5±9.1)%；(4)细胞活性：大于93%。

进一步的，在该3D细胞筛的临床样本实验中，实现了从25 mL临床胸腔积液中快速高效富集稀有肿瘤细胞的能力。而且在富集后细胞样品的随后6天培养过程中，发现富集纯化后细胞的增殖能力超过未富集的细胞约4.6倍。

通过本研究，作者开发了一套简单高效的稀有细胞富集筛选方法，并在全血样品和临床胸腔积液样品中进行初步实验验证。本研究成果未来有望发展成为一种辅助临床肿瘤诊断和精准医学的实用化工具。

本综述论文聚焦钛材料在生物医学方面的应用与其制造方法。自20世纪50年代以来，商业纯钛和钛合金一直是生物医学应用中最常用的材料之一。由于钛具有优异的机械摩擦性能、耐腐蚀性、生物相容性和抗菌性能，因此它作为植入物的生物材料受到广泛关注。此外，钛可以通过与植入部位的活性骨物理连接，无需任何额外的粘合剂即可促进骨整合。这些特性对于生产用于生物医学应用的高强度金属合金至关重要。钛合金分为α，β和α+β三种类型。对钛及其潜在应用的科学和临床研究，特别是在生物医学领域，仍处于早期阶段。本综述旨在为钛在生物医学中当前和未来的作用建立一个可信的平台。本文首先回顾了钛的发展历史。然后，介绍了钛在各种生物医学领域的效用的最新进展、其功能特性、生物相容性机制、宿主组织反应以及各种相关的抗菌策略。未来的研究将针对先进的制造技术，如粉末基增材制造、电子束熔化和激光熔化沉积，以及分析合金元素对钛的生物相容性、耐腐蚀性和机械性能的影响。此外，还讨论了二氧化钛纳米管在再生医学和纳米医学应用中的作用，如局部药物输送系统、免疫调节剂、抗菌剂和血液相容性，并总结了钛合金作为生物材料的未来展望。

本观点论文聚焦导电生物墨水在生物3D打印中的应用和制造技术发展趋势。生物3D打印提供了一个独特的生物制造平台，即使用3D打印机和生物墨水以空间/几何控制和自动化的方式生成功能性组织结构。生物墨水作为载体介质，为可打印性、形状保真度和支撑提供了理想的物理机械特性，以及为活细胞在打印之前、期间和打印后提供生物微环境。这些生物墨水通常被认为具有生物相容性和生物功能特性，可保持细胞活性，使得细胞具有附着、扩散、增殖、细胞-细胞和细胞-基质相互作用的能力。除了机械和生物特性外，用于制造神经、骨骼和心肌组织等电活性组织的生物墨水应具有适当的导电能力。电刺激（ES）是一种物理线索，在这些组织中的细胞信号传导和功能中起着至关重要的作用。除了生化和生物物理线索外，电刺激还影响细胞增殖、组织修复和再生的分化。缺乏电刺激可导致对细胞功能特征的不利影响，甚至导致细胞死亡，特别是在心脏、神经和骨骼肌组织中。在生物物理信号中，包含表面形貌、底物刚度、压缩和拉伸，电场和磁场在细胞代谢功能和细胞分化中起着至关重要的作用。使用电刺激的临床指导研究表明，其可有效缓解疼痛，增强血液循环，减少血管和骨骼肌紧张，从而强调了点刺激对组织修复和再生的重要性。

导电材料已经被研究用于组织工程应用近十年，而功能活性导电生物材料的3D打印仍处于早期和探索阶段。具有固有导电性能的聚合物已被广泛用于柔性电子学、生物电子学和其他需要导电性能的应用。用于传播电荷的导电聚合物的基本特征是基于离域电子通过共轭系统的运动以及电子通过电子交换通道在相邻氧化还原位点之间的迁移。依靠独特的聚合物特征，如电气、机械稳定性，甚至生物相容性，导电聚合物已经出现在3D打印和医疗保健行业中。用于生物医学应用的导电生物材料包括聚吡咯（PPy）、聚苯胺（PANI）、聚乙烯二氧噻吩（PEDOT）、碳基生物材料和金属纳米颗粒。

本文介绍了具有3D打印应用导电性能的生物材料的最新发展，用于制造仿生生物3D打印细胞导电组织构建体的可行导电生物墨水的策略，以及组织工程和再生应用的未来展望。

本观点论文聚焦生物3D打印与可持续性发展之间的关系。本文介绍了在生物3D打印领域考虑各种可持续实践的必要性，以及随着世界正在向碳中和努力，相应可持续性发展的生物3D打印研究的方法。生物3D打印是增材制造领域的独特平台，用于创建模仿天然生物成分的复杂生物物体。本文侧重于可持续生物材料的使用，仿生结构和产品设计，能源可持续性概念以及生物3D打印中循环经济的实践。本研究考虑了涉及节能、未利用原材料的最佳回收方法，最短生产时间，碳排放控制措施以及影响环境和人类社会生活的其他因素的各种概念。本文旨在评估使用生物3D打印技术创建的可持续解决方案；还讨论了各种生物打印技术和材料的碳足迹，使读者熟悉生物3D打印技术中遵循的可持续材料和方法。本文还描述了生物材料和生物仿生结构的使用，以减少碳足迹和保证生物3D打印的可持续性。本文提供了一份关于生物3D打印可持续性现状的报告，并有望作为未来工作的基准。

本Technical Note聚焦3D打印钛植入物与血管化腓骨移植“组装式”手术重建下颌骨。提出以种植修复为导向的3D打印钛假体及钛重建板与自体腓骨“组装”重建颌骨这一新技术，通过术前CT数据重建颌骨三维模型，设计并打印颌骨截骨导板；以咬合功能重建为导向，在缺损部位设计术后患者种植牙的植入位点，根据合适的种植牙冠根比例，设计腓骨瓣的移植高度及拼接方式，并打印腓骨截骨导板；设计3D打印钛重建板固定支撑腓骨瓣，其下方缺损由3D打印的多孔钛假体修复外形；依据术前设计的咬合修复方案，设计并打印种植导板，完成种植手术。该技术解决了腓骨宽度与下颌骨高度不匹配的临床问题，兼顾外形与美观的修复，实现了颌骨结构与咬合功能全程数字化的精准重建。

本Technical Note聚焦3D打印钛植入物与血管化腓骨移植“组装式”手术重建下颌骨。提出以种植修复为导向的3D打印钛假体及钛重建板与自体腓骨“组装”重建颌骨这一新技术，通过术前CT数据重建颌骨三维模型，设计并打印颌骨截骨导板；以咬合功能重建为导向，在缺损部位设计术后患者种植牙的植入位点，根据合适的种植牙冠根比例，设计腓骨瓣的移植高度及拼接方式，并打印腓骨截骨导板；设计3D打印钛重建板固定支撑腓骨瓣，其下方缺损由3D打印的多孔钛假体修复外形；依据术前设计的咬合修复方案，设计并打印种植导板，完成种植手术。该技术解决了腓骨宽度与下颌骨高度不匹配的临床问题，兼顾外形与美观的修复，实现了颌骨结构与咬合功能全程数字化的精准重建。