人體中的顱骨具有非常重要的功能，例如保護大腦并促進對生理功能至關重要的腦神經(jīng)的通過。嚴重的顱骨缺損會破壞患者的身心健康。對于更喜歡使用自體骨移植的重建外科醫(yī)生來說，通過顱骨成形術修復臨界尺寸的顱骨缺損是一項挑戰(zhàn)。自體骨的獲取需要額外的手術，并伴隨著游離皮瓣丟失、感染、深靜脈血栓形成和神經(jīng)損傷等風險。這些限制使得有必要開發(fā)自體骨移植的替代品來修復顱骨缺損。

模擬天然骨成分和微觀結(jié)構(gòu)的生物材料被廣泛認為是骨缺損再生的理想材料。顱骨主要由磷酸鈣組成，是典型的扁骨，通常薄而寬，具有平坦或彎曲的表面。扁骨有兩個由皮質(zhì)骨制成的外部緊湊臺。兩個桌面之間的區(qū)域稱為板板，由松質(zhì)骨組成。皮質(zhì)骨的孔隙率較低(5%至10%)，具有相互連接的管狀孔隙，稱為哈弗管和福克曼管。松質(zhì)骨由不規(guī)則的海綿狀小梁組成，具有高比表面積，小梁表面的平均表面曲率接近于零。松質(zhì)骨的結(jié)構(gòu)特征與螺旋型三周期最小表面(TMPS)孔拓撲相似。

受顱骨組成和結(jié)構(gòu)特征的啟發(fā)，華南理工大學的科學家通過高精度還原光聚合3D打印技術開發(fā)了兩種仿扁骨β-磷酸三鈣生物陶瓷支架(Gyr-Comp和Gyr-Tub)。兩種支架都有兩個外層和一個內(nèi)層，內(nèi)層具有模仿雙翅結(jié)構(gòu)的螺旋孔。Gyr-Comp支架的外層模擬了外層的低孔隙率，而Gyr-Tub支架的外層則模擬了扁骨表層的管狀孔隙結(jié)構(gòu)。與具有交叉影線結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)支架相比，Gyr-Comp和Gyr-Tub支架具有更高的抗壓強度，并顯著促進體外細胞增殖、成骨分化和血管生成活性。植入兔顱骨缺損12周后，Gyr-Tub通過加速骨組織和血管的生成達到了最佳的修復效果。Gyr-Tub支架在臨床應用中治療顱骨缺損具有廣闊的前景。這項工作提供了一種先進的策略來制備符合有效骨再生的結(jié)構(gòu)和功能需求的仿生生物材料。