骨组织工程技术是结合细胞生物学和材料科学等学科，通过植入可负载细胞和生长因子的三维多孔骨组织工程支架以重建人体骨组织的治疗方法。骨组织工程支架从材料和结构上模拟待修复宿主组织，是实现骨组织再生重建的关键。由于镁的密度和弹性模量与人骨相近，可有效避免应力遮挡效应。同时大量研究表明镁合金具有较好的生物活性和骨传导能力，在体内腐蚀降解产生的弱碱性环境和Mg²⁺具有骨诱导功能，可以促进骨折修复。以生物可降解镁合金为代表的新一代医用金属材料因其优异性能越来越受到国际关注。近年来，德国Mg-Y-RE-Zr镁合金螺钉、韩国Mg-Ca-Zn镁合金螺钉、我国的高纯镁螺钉和Mg-Nd-Zn-Zr镁合金螺钉均已陆续开展临床实验研究。因此，在骨组织工程支架材料中利用镁的优点，可望显著提高骨缺损修复的治疗效果，造福广大患者。

最近，上海交通大学袁广银教授课题组和北京大学深圳医院曾晖教授课题组利用模板复制-渗流铸造技术制备了模仿松质骨多级孔尺寸特征的多孔镁支架，通过调控模板成型过程中选用的造孔粒子尺寸和模板成型参数，可精确调控多孔镁支架的孔径分布以及对应的孔隙率和力学性能。研究结果表明，新模板成型方法制备的多孔镁支架具有优秀的耐腐蚀性能，孔径分布差异使支架具有不同比表面积，支架上骨细胞直接培养也证明多孔镁支架具有良好的细胞相容性，作为可降解骨组织工程植入物具有很大潜力，有望推动镁合金在组织再生修复中的应用。

本研究采用团队自行研发的专利制备技术，创新性的使用球形钛颗粒作为造孔粒子，通过放电等离子烧结技术实现具备不同致密度的预制体模板，经过压力渗流铸造将预制体的结构特征复制镁支架的孔隙特征。与传统使用氯化钠做造孔粒子的工艺相比，新方法的模板制备效率和精度更高，更关键的是模板滤除过程快速彻底，多孔镁支架内无钛颗粒残留，支架表面自动生成具备高耐腐蚀性能的MgF₂涂层。预制体和多孔镁的三维结构如图1所示。

图1 多孔钛预制体(a，b)和多孔镁支架(c，d)

筛选造孔颗粒尺寸和调控放电等离子烧结参数可以得到孔径分布精确的系列化多孔镁支架，支架的孔径分布和微观结构如图2所示。SEM观察和孔径分布统计分析显示，多孔镁支架由球形主孔和均匀分布在主孔孔壁上的联通孔构成，具有高联通性的同时兼备了类似松质骨多级孔尺寸的特征。

图 2 不同孔径分布的五组多孔镁支架

重点研究了孔径分布对多孔镁支架联通性的影响，发现在相同主孔尺寸的多孔镁支架之间，具备较大尺寸联通孔可以提高支架的孔隙率，也即联通性得到增强。高联通性的支架有利于细胞在三维空间快速增殖迁移。因此，设计了多孔镁支架上细胞迁移测试方法，如图3所示。通过统计相同时间支架上下近表面的细胞密度，判断骨细胞在支架上的迁移能力，结果显示主孔尺寸较大的支架有利于细胞迁移，如图4所示。与ISO19090-2018中针对多孔陶瓷支架上细胞迁移能力的测试方法相比，本研究中提出的方法更适合可降解多孔镁支架。

图3 多孔镁支架上细胞迁移能力测试方法，A为细胞接种面，B为另一观测面。

图 4 不同主孔尺寸多孔镁支架上骨细胞迁移结果

综上所述，本研究采用的创新模板法可精确制备系列化多孔镁支架，以孔径分布为主要切入点研究了支架联通性对压缩力学性能、降解性能和细胞迁移能力的影响，为骨组织工程支架的微结构设计和制备提供了新的参考，也为推动镁合金在可降解植入物中的应用奠定了基础。