来源：EFL生物3D打印与生物制造
在生物医学工程领域，组织修复和再生面临诸多挑战，尤其是腹壁缺损修复。目前用于腹壁重建的合成材料存在严重问题，如感染风险高、生物相容性差、机械强度不足，还常缺乏可降解性，难以实现成功整合和长期愈合
。同时，修复材料引发的炎症反应也不容小觑，会导致过度炎症、纤维化、异物反应等并发症，影响组织修复效果，而且在机械强度与灵活性之间达到平衡也颇具难度。
为解决这些难题，来自东南大学张天柱教授团队开展了相关研究。该团队受胶原蛋白结构和生化特性的启发，整合3D打印和静电纺丝技术，开发出一种多功能仿生贴片（3DPF）。这种贴片以4arm-PLGA-GPO为核心材料，结合基本成纤维细胞生长因子（bFGF）和由大黄素（EMO）与妥布霉素组成的抗菌层，具备机械支持、免疫调节和抗菌保护等多种功能。研究人员对贴片进行了体内外实验，验证其在促进组织修复、减少纤维化和粘连、促进血管生成和胶原蛋白沉积等方面的效果，并深入探究其作用机制。相关工作以“Collagen‑Inspired
3D Printing Electrospinning Biomimetic Patch for Abdominal Wall Defect
Regeneration”为题发表在《Advanced Fiber
Materials》上，为腹壁修复提供了新的解决方案，展现出在临床应用中的巨大潜力。
受胶原蛋白启发的 3DPF 仿生贴片用于腹壁缺损再生的制备及应用示意图。
1.
4A-GPO的设计与表征，通过固相肽合成、核磁共振、红外光谱等多种实验方法，研究了4A-GPO的合成过程、化学结构、热稳定性和生物相容性。结果表明，成功合成了4A-GPO，其具有良好的热稳定性，在250
- 300°C才发生主要降解；生物相容性优异，溶血率低于5% ，能有效减少对红细胞的损伤。
2.
乳液纳米纤维支架的设计与表征，运用水/油乳液法制备bFGF@4A-GPO，通过细胞实验和DPPH自由基清除实验，研究其对细胞黏附、增殖、迁移及抗氧化能力的影响。结果显示，bFGF@4A-GPO能显著促进细胞黏附、增殖和迁移，具有良好的抗氧化性能，在72h时对细胞增殖的促进作用达到峰值。
3.
3DPF贴片的制备与表征，利用3D打印和静电纺丝技术制备3DPF贴片，借助扫描电镜、接触角测量仪和力学测试等手段，研究其微观结构、表面性质和力学性能。结果表明，3DPF贴片具有精确的孔隙率、适宜的纤维直径和良好的力学性能，其修复层亲水，抗菌层疏水，整体强度和延展性优于单一材料制成的P贴片。
4.
3DPF贴片的体外生物相容性和抗菌性能，通过细胞共培养实验、分子对接分析、抗菌实验，研究3DPF贴片与细胞的相互作用、抗菌能力及作用机制。结果表明，3DPF贴片能有效促进细胞增殖，与整合素形成稳定氢键，增强细胞黏附；对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌有显著抗菌效果，可抑制细菌生长。
5.
3DPF贴片在腹壁缺损模型中的治疗效果，建立大鼠腹壁缺损模型，采用组织学染色、免疫荧光分析等方法，研究3DPF贴片对腹壁缺损修复过程中组织愈合、炎症反应等的影响。结果显示，3DPF贴片能有效减少粘连形成，促进胶原蛋白沉积、血管生成和细胞增殖，显著降低炎症反应，促进腹壁组织修复。
6.
3DPF贴片组织修复的潜在机制，运用免疫荧光染色、转录组学分析和分子对接等技术，研究3DPF贴片对巨噬细胞极化、基因表达及与关键分子相互作用的影响。结果表明，3DPF贴片促进巨噬细胞向M2型极化，抑制IL-17信号通路，激活细胞黏附分子通路，通过与COL3、Actin和VEGF等关键分子结合，增强组织修复能力。
研究结论
本研究成功开发出一种仿生3DPF复合贴片，将3D打印与静电纺丝技术相结合，用于腹壁修复。该贴片以模仿胶原蛋白分子的4A -
GPO为生物功能支架，通过乳液静电纺丝与bFGF结合，显著增强了生物活性。其分层结构不仅提供机械支持，还能进行生物活性表面修饰，并通过整合大黄素和妥布霉素具备抗菌性能。体内评估证实，该贴片具有抗粘连功效，能促进血管生成、胶原蛋白沉积，并调节巨噬细胞从促炎表型向抗炎表型极化。转录组分析表明，它可下调炎症通路，同时增强细胞粘附。分子对接研究显示，其与COL3、肌动蛋白和VEGF等关键因子相互作用，有助于组织再生。3DPF贴片完全由具有明确化学成分的生物衍生材料组成，具有很强的临床转化潜力，为组织工程提供了新策略。
文章来源：
https://doi.org/10.1007/s42765-025-00547-4
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