关节骨软骨损伤是临床上最棘手的疾病之一,且拥有高发病率。外部损伤、运动不当、体重的过高及老龄化等均能引发膝关节的损伤。而膝关节的主要受损部位为软骨,其自我修复能力差,过度损伤可导致膝关节功能的缺失。组织工程软骨替代物移植是常见的治疗策略,其中,在构建软骨植入体时,病人个体化差异是影响修复效果的关键因素之一。3D打印技术是基于精准化、快速化的一门增材制造技术,3D打印技术与组织工程支架构建的结合,为提高临床修复效果开辟了一条新的道路。而目前应用于软骨组织工程领域的3D打印“生物墨水”材料种类的匮乏,限制了这一策略的发展及应用,故开发一种适于组织工程3D打印墨水变得尤为重要。近年来,水凝胶因具有与细胞外基质(ECM)相似的理化性质在生物医学领域引起了极大的关注。天然聚合物水凝胶与其它合成生物材料相比,更接近活体组织,具有较高的吸水率,吸水后可减少对周围组织的摩擦作用。同时水凝胶表现出良好的生物相容性,可以作为活性基质来控制细胞形态、增殖和分化。因此,水凝胶类生物材料在用于软组织再生方面具有较好的应用前景。本研究中,我们开发了一种基于丝素蛋白材料的复合3D打印生物墨水并进行了软骨仿生支架的构建。生物墨水的成分由改性的丝素蛋白和改性的明胶构成,通过对3D打印技术的探究制备出可适于软骨移植的水凝胶仿生支架。对丝素蛋白生物墨水的合成及3D打印支架的理化性能和生物相容性进行了研究。主要包括以下几个方面:(1)首先分别合成接枝有光敏基团的丝素蛋白和明胶,探究了目标产物的结构和接枝效果。实验结果表明,用甲基丙烯酸缩水甘油酯对丝素蛋白进行修饰和改性,能够最大程度地利用丝素蛋白上极为有限的赖氨酸反应活化基团,成功合成了目标产物。(2)使用合成的丝素蛋白(SilMA)与合成的明胶(GelMA)制备复合水凝胶,并进行紫外光交联,探究不同改性丝素蛋白(SilMA)含量的改变对水凝胶理化性能的影响。实验结果表明,随着SilMA含量的增加,复合水凝胶的孔径和溶胀率减小,机械性能增加,且SilMA的含量会对交联点具有轻微的影响,这是由于SilMA和GelMA内部结构的相互制约。(3)使用合成的SilMA-GelMA复合3D打印生物墨水进行仿生支架的构建。探究不同网格填充宽度、不同针头直径等打印参数对仿生支架构建的影响,并进行体内外生物学评价。细胞增殖实验表明,骨髓间充质干细胞(BMSCs)可以在SilMA-GelMA复合生物墨水3D打印的仿生软骨支架上粘附和生长。大鼠皮下包埋实验证明支架具有良好的生物相容性,细胞在一周内就可以长入支架内部并且不会引起炎症反应。综上所述,本研究制备的SilMA-GelMA复合墨水能很好地适用于组织工程3D打印技术,可打印多种个性化支架,特别是软骨损伤的移植与修复。3D打印技术与水凝胶组织工程支架的结合,为生物医学领域的治疗策略提供了新的思路。