感染性骨缺损是一种棘手的临床问题，对骨修复有负面影响，并可能由于长期使用抗生素而导致抗生素耐药的发生。大量的研究聚焦于有效控制感染性骨缺损以及实现功能重建，将四面体DNA纳米结构(Tetrahedral DNA nanostructures，TDNs)药物传递与3D生物打印结合用于治疗感染性骨缺损尚未见报道。本团队利用3D生物打印技术构建抗菌效率高、诱导成骨能力强的生物支架，解决感染性骨缺损治疗中抗生素耐药性和骨组织再生差的问题。

本研究制备了一种光交联仿生甲基丙烯酸明胶(methacrylated gelatin, GelMA)水凝胶支架，以模拟天然骨细胞外基质的物理结构和化学组成，提供3D模型和细胞外基质微环境。将骨髓间充质干细胞(BMSCs)包裹在GelMA支架内，在模拟骨节段性缺损的三维环境中观察负载BMSCs的治疗效果。本研究以GelMA、纳米羟基磷灰石(nHA)和聚环氧乙烷(PEO)溶液为材料，制备纳米羟基磷灰石梯度负载细胞的多孔水凝胶支架，用于骨软骨组织再生。该支架在垂直方向上具有连通孔和纳米羟基磷灰石梯度。对水凝胶溶液和支架的化学、物理、机械和生物性能进行了表征。在本研究中，TDN被提出作为一种药物传递载体来增强细胞穿透和克林霉素(clindamycin, CLI)的抗菌性能，克林霉素是一种常用的治疗骨髓炎的抗生素。利用生物打印技术构建了一个装载了TDN-CLI复合物的3D复合支架。对其结构和生物学特性进行表征，并进一步应用该支架治疗大鼠骨缺损模型耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)感染。

体外实验结果表明GelMA具有良好的生物相容性和足够的力学性能(14.22kPa)。建立大鼠节段性骨缺损模型，将GelMA-BMSCs悬浮液加入到与骨缺损大小相同的PDMS模型中，作为支架进行光固化。与单独使用水凝胶和干细胞组相比，负载BMSCs的GelMA支架能够有效促进的新骨形成。体外实验证实，细胞分布均匀，不同的孔结构会影响BMSCs的增殖分化。无孔水凝胶有利于BMSCs的成软骨分化，互连孔有利于BMSCs的增殖和成骨分化。通过将支架植入兔股骨髁间缺损，评估支架的骨软骨一体化修复能力。通过构建不同层的孔隙结构，使水凝胶中不同层的细胞处于一个内在的生存和分化环境中。动物实验证实，用于骨软骨损伤的组织工程支架需要不同层次的孔隙结构，梯度结构有利于整体修复。负载TDN-CLI的3D生物打印复合支架具有良好的生物相容性，突出的成骨活性和抗菌活性，显著促进了大鼠模型感染性骨缺损的修复。

GelMA仿生支架可作为BMSCs的细胞载体，促进骨节段性缺损的修复，在未来的临床应用中具有很大的潜力。本研究基于核酸纳米材料与3D生物打印开发的负载TDN-CLI的个体化仿生复合支架显示出优秀的生物学相容性和抗菌成骨效果，在治疗感染性骨缺损方面具有广阔的应用前景。