大尺寸骨缺损因传统支架易诱发过度炎症且难以建立有效血供，愈合极为困难。理想的骨修复材料需按序完成“抗炎—促血管—成骨”三步，但现有设计大多仅聚焦单一环节，导致临床效果不佳。近日，中国科学院福建物质结构研究所泉州装备制造研究中心林锦新研究员团队，受内源性气体信号分子调控机制的启发，采用低温3D打印技术成功构建了一种可炎症响应性释放一氧化碳（CO）和一氧化氮（NO）的仿生复合支架（MnLA/HBP）。该支架不仅具有与松质骨匹配的力学性能和互联互通的多孔结构，更在体内外实验中实现了“免疫调节先行、血管生成继之、最终诱导成骨”的时序性协同修复，为大尺寸骨缺损治疗提供了全新策略。
图 1. 低温3D打印MnLA/HBP支架的制备及其时序性骨修复机制示意图。
在这项工作中，支架通过低温打印工艺保留了热敏性气体前药（羰基锰和L-精氨酸）的活性。仅在炎症微环境中高浓度H2O2触发下，支架才按需释放CO和NO。CO同时抑制NF-κB通路并激活Nrf2通路，将巨噬细胞从促炎M1表型重编程为修复型M2表型，显著降低促炎因子（IL-6、iNOS）并升高抗炎因子（IL-10、Arg-1）；NO则通过MAPK/ERK和PI3K-Akt通路促进内皮细胞迁移与管腔形成。两者协同激活成骨细胞中sGC-cGMP-PKG信号轴，大幅上调成骨相关基因（ALP、Runx2、OCN、OPN）表达，加速矿化。在大鼠颅骨缺损模型中，植入12周后MnLA/HBP支架的骨体积分数（BV/TV）超过60%，显著优于单药支架和空白对照组。Micro‑CT及组织学分析证实新骨致密、胶原成熟、矿化完全；免疫组化显示骨钙素（OCN）和骨桥蛋白（OPN）高表达。心、肝、脾、肺、肾未见毒性，生物安全性良好。这种“免疫-血管-成骨”时序性治疗策略，通过两种内源性气体信号分子的协同作用，为大尺寸骨缺损的修复提供了全新的一体化微创治疗思路。
图 2.复合支架植入4周、8周和12周的大鼠颅骨CT图像及骨再生定量分析。
相关研究成果以“Cryogenic 3D printing scaffolds achieve efficient bone regeneration by sequentially modulating the immune microenvironment through synergistic gas-mediated signaling”为题发表于Biomaterials期刊上。中国科学院福建物质结构研究所泉州装备中心林锦新研究员、黄婷婷高级工程师为本文通讯作者，福建师范大学联合培养硕士黄思沂为本文第一作者。研究工作获得国家自然科学基金面上项目、福建省自然科学基金杰青项目、福建省自然科学基金面上项目等经费的支持。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2026.124190
（林锦新课题组供稿）
