德国研究人员在组织工程学中面临着进一步的挑战和复杂性，他们的研究结果发表在最近发表的“ 分层设计和骨传导性骨组织工程支架的3D打印”中。
对于寻求改善需要关键治疗的患者的生活的研究人员和医学专业人员而言，生物打印和组织工程仍然是主要的挑战领域。如今，支架在组织工程中发挥着巨大作用，并且科学家们进行了各种各样的研究，无论是关于软骨的再生，乳房切除术后组织的生长以及材料的进一步实验。在这项最新研究中，科学家们对用于大骨缺损治疗（LBDT）的骨组织工程（BTE）感到关注，他们正在开发一种新的脚手架架构来替代骨骼。
由于“迫切需要”替代疗法，因此作者寻求促进骨骼和血管形成的最佳替代方法。脚手架必须具有以下品质：
研究人员说：“虽然存在用于小型动物和体外的关键尺寸缺陷治疗的有前途的支架解决方案，但仅偶尔记录在大型动物模型中的成功应用，并且不存在针对商用骨替代物的重大创新。”
总体而言，组织工程学是一门非常困难的科学，但是由于骨骼再生存在特殊障碍，因此以前的研究表明，必须综合考虑这一过程，而不仅仅是“局部方面”。必须为细胞提供营养，氧气，并且还必须特别注意位于不同位置的细胞，例如位于中央的细胞，其氧气供应可能不足。
研究人员使用PLA加强了再生的原始阶段，从而易于适应较大的缺陷。使用了五级方法，可为细胞提供机械稳定性以及适当的氧气和营养供应。
通过FFF 3D打印在Anet A6上制造用于研究的样品，然后在体外以及机械上对其进行表征。
研究人员解释说：“虽然基本打印速度设置为40 mm / s，这取决于脚手架与床的接触面积，但还是使用了木筏或裙板来实现更好的附着力。” “然后，生产出的支架的层高为100 µm，收回距离为5 mm。为了对支架进行消毒，将其浸没在70％的体积中。酒精浸泡10分钟，然后在12孔板上干燥10小时。”
详细的结构水平（为更好地说明结构细节，此处使用了染色的PLA）：（a）关闭中心柱。在中心，可以看到丝状网。如用于围墙印刷的那样，不可能通过受控挤出进行净印刷。打印参数必须调整。流量减少，单丝之间的距离从0.1毫米增加到0.3毫米。尽管丝状结构是不连续的，但它们提供的孔小于100-150 µm，且表面积/体积比高。（b）单空心柱结构的轴向图像。为了更好地说明壁的多孔精细结构，缺少了实心基环。（c）此概念的基本单位：居住在丝状网中的单列图像。可通过直径可变的多孔壁轻松访问网。（c，d）八根空心柱构成了支架的一个亚基。在底部和顶部，基环提供了平稳的力传递稳定性。此外，环是（a）中所示的2级丝状结构的起源。（c，d）子单元可以通过外包的夹具系统进行组合。刚性桁架状结构覆盖有多孔壁，以确保孔隙率在300–1500 µm的范围内。（f）3D打印的替代设计：设计2。（g）具有中央垂直和水平通道以及四个旋转对称空心圆柱体的高度多孔结构。该结构由充当亚单元的圆柱组成，这些圆柱通过一个小的基座在底部和顶部带有一个环而组合在一起。（h）第二种设计的尺寸。（i，j）SEM中未处理的PLA支架的微观结构。灯丝的柱间区域提供狭窄的空间（i）和紧密的冷却裂纹（j）。（k）验证三种结构设计的轴向抗压强度以及支杆的特征直径与抗压强度。用单个空心柱（直径：5 mm；高度：5 mm）（c）进行测试。最后，选择了强度和材料体积之间的折衷方案。为了验证设计，只进行了一次实验。将来，必须使用最终设计对结构进行验证。为了使支架适应临界大小的骨缺损的大小，随后可以将任意数量的空心柱组合在一个公共基板上。然后将负载平均分配。（k）验证三种结构设计的轴向抗压强度以及支杆的特征直径与抗压强度。用单个空心柱（直径：5 mm；高度：5 mm）（c）进行测试。最后，选择了强度和材料体积之间的折衷方案。为了验证设计，只进行了一次实验。将来，必须使用最终设计对结构进行验证。为了使支架适应临界大小的骨缺损的大小，随后可以将任意数量的空心柱组合在一个公共基板上。然后将负载平均分配。（k）验证三种结构设计的轴向抗压强度以及支杆的特征直径与抗压强度。用单个空心柱（直径：5 mm；高度：5 mm）（c）进行测试。最后，选择了强度和材料体积之间的折衷方案。为了验证设计，只进行了一次实验。将来，必须使用最终设计对结构进行验证。为了使支架适应临界大小的骨缺损的大小，随后可以将任意数量的空心柱组合在一个公共基板上。然后将负载平均分配。选择了强度和材料体积之间的折衷方案。为了验证设计，只进行了一次实验。将来，必须使用最终设计对结构进行验证。为了使支架适应临界大小的骨缺损的大小，随后可以将任意数量的空心柱组合在一个公共基板上。然后将负载平均分配。选择了强度和材料体积之间的折衷方案。为了验证设计，只进行了一次实验。将来，必须使用最终设计对结构进行验证。为了使支架适应临界大小的骨缺损的大小，随后可以将任意数量的空心柱组合在一个公共基板上。然后将负载平均分配。
骨组织框架由微观，中观和宏观结构组成，旨在提供“在临床条件下的适用性和手术用途”。第一级至第四级的孔隙率和结构各不相同，而第五级负责连接亚基，由外科医生在设置支架尺寸时将其放在一起，具体取决于骨缺损的大小。
与壁印刷参数相比，丝状网状结构的优化印刷参数。
两种支架设计中的血液渗透和血肿形成：将每个支架浸入未经处理的天然血液中30 s。（a）拆下前盖后的设计2的轴向视图。（b）设计1的轴向视图。（c）设计2的侧视图。（d）设计1的侧视图。合并两个支架。通过外部夹具系统的连接清晰可见。孵育3小时后拍摄照片。可以看到所有脚手架表面都被完全润湿。在大的垂直通道（a，b）和水平通道（c，d）中都可以看到两个支架中的血肿形成。
由于脚手架的复杂性，研究人员意识到只能通过增材制造工艺来制造脚手架。由于骨骼的横截面积以及基本的技术方面，样品支架被设计成圆柱形。但是，由于无法设置必要的孔径范围，因此存在一些问题。为了解决该问题，研究人员在支柱之间填充了区域。
研究人员解释说：“这项研究的两位作者将尺寸相似的3D打印的多孔空心圆柱结构移植到大鼠股骨中经板稳定的5 mm缺损中，显示出令人鼓舞的治愈结果。” “转移到大型动物模型是可以想象的，因为当前数据表明，基于青岛3D打印的融合长丝制造的支架可以有效地治疗大型动物的大骨缺损。
对于不同的设计，个性化的打印协议是必要的。最后，在旋转稳定性，弯曲强度，扭转稳定性，可印刷性以及对生物活性结构的影响方面，具有外部或内部棘轮支架的系统被证明是最佳的。为了实现连接，将支架与轻质面板组合在一起，并打印为实体结构。为了避免尖锐的边缘，将板和塞子之间的过渡部分修圆了。”
细胞粘附实验。将Saos-2细胞接种到未染色的PLA支架上，并用粘附蛋白涂层预处理：（a，b）可以看到Saos-2细胞向柱间层和宏观孔内生长。（c，d）天然和CellTak预处理的PLA表面的CFSE染色。（c）未经预处理的自然表面。只有少数细胞是粘附的。（d，e）CellTak预处理的表面显示出增加的细胞粘附性。（f，g）Saos-2细胞包被的支架的CFSE / DAPI染色（设计2）；细胞出现绿色（CFSE）和蓝色核（DAPI）。（f）穿入覆盖有重要细胞的孔中。（g）观察具有拉丝结构的孔。在所有结构特征上，可见多个重要细胞。（h）根据1、7、14和21天后的MTT测试结果计算出的细胞数。
总体而言，研究团队认为该研究提供了新的结构概念和设计的结果很有希望。他们能够整合先前研究人员的宝贵发现，这些发现主要与刺激血管生成和成骨有关，并且提供了一种新的“改进方法”，可以通过使用PLA /生物玻璃（BG）复合材料来进一步改进。
研究人员总结说：“此外，在体外证明的生物玻璃的抗菌潜力可能是有益的。” “现在可以在实验研究中进一步开发和验证生物适应，生物打印和生理增强的支架概念对支持骨缺损愈合的有效性。”
21天后，通过茜素染色检测未染色的被Saos-2细胞覆盖的支架原型上钙沉积的情况：（a）将左支架接种到RPMI培养基中；（b）将右支架与成骨分化培养基一起孵育；（c）第21天用于成骨分化的PCR结果。将接种在支架上的Saos-2细胞与RPMI培养基和成骨分化培养基一起孵育。着眼于成骨蛋白的cDNA：胶原蛋白1（Col1），碱性磷酸酶（ALP）和骨钙蛋白（BGLAP）。GAPDH被用作内标。呈现2-（ΔΔCt）值。