半月板是位于膝关节内的一对楔形纤维软骨组织，具有复杂的周向和径向纤维结构，能够承受高强度的载荷并分散压力。由于半月板缺血供、少神经、少淋巴，一旦损伤，自愈极难，长期不愈往往诱发关节炎。然而目前的人工半月板支架往往难以平衡高力学强度（特别是周向拉伸）与生物活性。如何赋予支架增强的力学强度和显著的各向异性，一直是半月板仿生的难题。

近日，北京航空航天大学管娟、郭洪波联合首都医科大学附属积水潭医院舒雄、加州大学伯克利分校Robert Ritchie院士，从天然半月板微结构特征出发，研发出一种具有仿生力学特性的连续蚕丝增强3D打印支架，为复杂非均质组织的功能修复提供了新方案。相关研究成果以“3D-printed continuous-silk-reinforced scaffolds with biomimetic mechanics for meniscus repair”为题发表在Cell出版社旗下期刊Matter上。

研究团队应用了一种“原位浸渍3D打印”技术构建连续蚕丝增强复合材料（CSRC）支架，从材料到结构及工艺开展了全链条创新设计。

高性能材料组合：以天然脱胶蚕丝为增强相，聚己内酯（PCL）为基体。

原位浸渍工艺：在恒定压力下，粘性树脂通过熔体的剪切力和纤维-熔体界面力将连续的蚕丝不断从针头挤出，在平台上沉积为复合长丝。

仿生结构构建：受天然半月板微观结构启发，通过精确控制打印路径，模拟胶原纤维的周向和径向排列，实现了支架结构各向异性的显著提升。

该研究成功打破了半月板支架力学仿生的瓶颈，通过“连续纤维增强”策略，成功模拟了天然半月板各向异性和粘弹性。该复合支架还通过蚕丝的生物活性与仿生力学环境的协同作用，有效减轻急性炎症反应，并通过激活PI3K-Akt信号通路促进半月板相关细胞外基质的形成。这种量身定制的3D蚕丝复合支架作为高性能医疗设备，为修复具有异质结构和复杂生物力学的组织提供了新的解决方案。