植入3D打印支架是个性化骨修复的有效治疗策略。作为骨组织工程成功的关键因素，支架应提供适宜的骨再生微环境和优异的力学性能。事实上，最理想的成骨微环境无疑是由具有液晶和粘弹性特征的天然骨细胞外基质（ECM）提供的。然而，在具有出色机械性能的3D 结构中模拟类似骨ECM的微环境是一个巨大的挑战。在此，我们开发了一种简便的方法来制造完美结合骨 ECM 样微环境和稳健机械性能的仿生支架。3D打印聚( l-丙交酯）（PLLA）支架通过几丁质晶须的逐层静电自组装得到有效强化。更重要的是，将一种具有类骨 ECM 液晶态和粘弹性的几丁质晶须/壳聚糖复合水凝胶注入坚固的PLLA支架中，以在3D结构中构建类骨ECM 微环境，从而高度促进骨再生。此外，血管生成因子去铁胺被包裹在复合水凝胶中并持续释放，在血管生成中发挥长期作用，从而进一步促进成骨。这种具有类骨 ECM 微环境和优异机械性能的支架可以被认为是一种有效的骨修复植入物。
治疗具有不规则形状的骨质疏松性骨缺损是一项重大挑战。尽管生物活性玻璃为骨再生提供了有吸引力的材料，但其固有的脆性极大地限制了其应用范围。在此，我们报告了具有出色柔韧性甚至可以进行180°弯曲的生物活性玻璃（SiO2-CaO）纳米纤维的制造。可以将生物活性玻璃纳米纤维进一步组装成3D纤维支架，并以壳聚糖为连接基。当与基于75SiO2-25CaO纳米纤维和壳聚糖的支架进行基准测试时，由85SiO2-15CaO纳米纤维和壳聚糖（85SiO2-15CaO NF / CS）组装而成的支架具有明显更好的机械性能。此外，85SiO2-15CaO NF/CS支架表现出弹性行为，可以从80％压缩中完全恢复，并且在1000次压缩循环后具有良好的抗疲劳性。植入后，弹性纤维支架能够变形并适应不规则形状的骨缺损，然后进行自展开行为，以实现与腔的完美匹配。当应用于大鼠模型中的骨质疏松性颅盖骨缺损的修复时，85SiO2-15CaO NF / CS支架显示出对骨再生和血管形成的显着促进作用。
骨修复是一个复杂的过程，涉及成骨干细胞、细胞外基质和骨诱导因子的复杂相互作用，并受细菌毒素和氧化应激的影响。受植物源性植物化学物质和骨细胞外基质的无机-有机类似物性质的启发，简易设计了一种纳米粘土-有机水凝胶骨密封剂 (NoBS) ，它将骨再生的多种物理化学线索整合到一个系统中。植物化学修饰的有机壳聚糖和富含二氧化硅的无机纳米粘土的组装可作为高度生物相容性和骨传导性细胞外基质模拟物。装饰的植物化学物质发挥固有的杀菌和抗氧化活性，并作为具有可注射和自愈能力的凝胶化的分子间网络前体。此外，NoBS 发挥由纳米粘土介导的骨诱导作用，调节Wnt/b-连环蛋白通路，连同骨诱导信号的加入，导致不愈合颅骨缺损的骨再生。这种受天然材料启发而具有多功能特性的集成骨移植替代物的工程设计可能表明一种有前途且有效的方法，可以为最佳骨愈合创造有利的微环境。
具有氨基酸单体短链的多肽由于其多种生物学功能已被广泛应用于临床。然而，肽的易失活特性和爆发释放限制了它们在体内的应用。通过使用紫外线辐射将模板光致交联明胶（GelMA）与光致可交联成骨生长肽（OGP）共交联，创建了一种新型的成骨性多肽水凝胶（GelMA-c-OGP）。GelMA可以形成具有良好机械性能的可光交联OGP的水凝胶，并促进骨骼再生。GelMA-c-OGP水凝胶可通过显着增强成骨相关基因BMP-2，OCN和OPN的表达来加速成骨前体细胞的骨形成过程，并增加成骨细胞中钙盐的沉淀。同样，GelMA-c-OGP水凝胶可促进体内骨骼再生。此外，通过苏木精-曙红和胶原蛋白I和TGF-β的免疫组织化学染色观察到，与对照组相比，在GelMA-c-OGP植入组中，更多的胶原蛋白纤维连接着皮质骨。共交联的OGP多肽通过瞬时紫外线在原位从液体转变为固体水凝胶，这也可以增强缺损骨骼的机械性能并避免爆裂成骨肽在骨骼缺损愈合期间释放。总体而言，与传统方法相比，这种水凝胶输送系统对骨缺损的愈合有重要影响。
