随着社会的高速发展,人口老龄化进程加快,骨损伤患者数量日益增多。无法自行愈合的大段骨缺损的修复和功能重建一直是骨科临床面临的重大挑战。传统的骨修复材料不能完全满足临床需求,因此需要研发新型的骨材料,更好地满足医生与患者的需求。骨损伤后,血管功能障碍、成骨细胞数量不足或活性下降、微环境不利于成骨等因素会严重阻碍骨愈合,因而骨缺损修复面临着多重挑战。临床中骨缺损的常规治疗手段是使用从患者或兼容供体处采集的骨移植物进行骨的固定和再生。这些移植技术具有一些潜在的缺点,例如大小及尺寸不匹配,影像学检测不方便,炎症,机械性能和生物活性无法满足使用要求等。针对上述问题,本课题利用二氧化锰（MnO2）纳米粒子的成像、促成骨、调控损伤部位微环境等功能,开发了一种兼具辅助成像与促进成骨的双功能骨修复支架。本课题制备的可生物降解骨修复支架,以聚乳酸（PLLA）作为基体材料,具有适宜的力学性能和生物可降解性。添加的MnO2纳米粒子在降解过程中消耗缺损部位活性氧H2O2、释放促成骨活性Mn2+以及氧气,在骨修复中发挥提高成骨细胞活性、调控微环境等功能。首先,通过低温沉积3D打印技术,制备了孔径为0.4 mm,孔连通性好的PLLA/MnO2复合支架。复合支架表面具有亲水性,支架的机械性能符合骨修复支架的要求。降解测试表明,PLLA/MnO2复合支架能在降解介质中长期保持结构稳定性,锰离子释放微量且可控,支架的降解对周围环境不会产生很大的影响（降解介质的p H恒定在7.4左右）,符合长期植入的要求。其次,评估了PLLA/MnO2复合支架在辅助成像方面的性能。验证了PLLA/MnO2复合支架可以在CT/MRI双模态下成像,且MRI下的成像效果具有p H响应性及过氧化氢响应性。这种成像性质可用于实现无创、定量评估骨损伤微环境,以及用于监测术后骨缺损区域的修复进程。再次,评估了PLLA/MnO2复合支架作为骨修复支架的可行性。PLLA/MnO2复合支架具有较好的生物相容性,促进成骨细胞在支架材料上的黏附和增殖。划痕实验和Transwell实验表明,低浓度（2μM）的锰离子可以促进细胞的迁移与扩散。成骨细胞在复合支架上也具有优秀的迁移能力,细胞能够向多孔支架孔内生长,并呈现三维生长态势。最后,从成血管活性、微环境调节、成骨活性三个角度,评估了PLLA/MnO2复合支架在骨修复中发挥的治疗效果。血管生成实验表明,低浓度的锰离子能促进细胞VEGF蛋白的表达,从而促进血管状网络的形成。实验模拟了骨损伤微环境中活性氧（ROS）过量的情景,结果表明,复合支架可以清除微环境中过量的ROS,保护细胞免受ROS刺激引发的凋亡。锰离子对间充质干细胞的成骨诱导结果表明,复合支架降解产物的主要成分----低浓度锰离子,在成骨分化过程的早期与中后期都具有成骨活性,能诱导矿化结节的产生。因此复合支架在骨修复、骨诱导方面具有一定的潜能。综上所述,本研究制备的PLLA/MnO2复合支架作为引导骨再生的骨修复支架,在骨缺损治疗领域具备很大的潜在应用价值,有望实现兼具辅助成像与促进成骨的双功能。