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        科學(xué)家使用新穎墨水, 用3D打印帶有活細(xì)胞的骨狀結(jié)構(gòu)

        2020-04-06 21:38:17
        海外星云 2020年24期
        關(guān)鍵詞:結(jié)構(gòu)

        科學(xué)家們已經(jīng)研究出如何使用3D 打印機(jī)和包含活細(xì)胞的凝膠狀“浴”來(lái)打印骨骼狀結(jié)構(gòu)

        近日,悉尼新南威爾士大學(xué)(UNSW)的科學(xué)家開(kāi)發(fā)出一種可以使用 3D 打印包含活細(xì)胞骨狀結(jié)構(gòu)的陶瓷基墨水。并預(yù)測(cè)在不久的將來(lái),3D 打印機(jī)可能成為手術(shù)室的常備固定裝置。

        科學(xué)家在 3D 打印機(jī)使用了一種由磷酸鈣制成的特殊墨水,并且開(kāi)發(fā)了稱(chēng)為“細(xì)胞懸浮液中的陶瓷全向生物打印(COBICS)”的新技術(shù)。這種技術(shù)只需要放在水中幾分鐘便可以硬化,使他們能夠打印出骨狀結(jié)構(gòu)。

        新南威爾士大學(xué)化學(xué)學(xué)院的 Iman Roohani 博士表示,雖然 3D 打印仿骨結(jié)構(gòu)并不是新鮮事,但這是第一次在室溫條件下創(chuàng)建充滿(mǎn)活細(xì)胞、且沒(méi)有刺激性的化學(xué)物質(zhì)或輻射的材料?!斑@項(xiàng)獨(dú)特的技術(shù)可以產(chǎn)生緊密模仿骨骼組織的結(jié)構(gòu),并且可用于對(duì)骨缺損的原位修復(fù)有大量需求的臨床應(yīng)用,例如因外傷、癌癥或切除大部分組織等引起的骨缺損。”

        與 Roohani 博士共同開(kāi)發(fā)技術(shù)的 Kristopher Kilian 副教授認(rèn)為,活細(xì)胞可以成為 3D 打印結(jié)構(gòu)的一部分,它的便攜性是在當(dāng)前最先進(jìn)的技術(shù)上取得的巨大進(jìn)步。

        他說(shuō):“如果想制造一塊可以修復(fù)病人骨組織的骨樣材料,首先需要進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室,使用高溫爐和有毒的化學(xué)物質(zhì)來(lái)制造結(jié)構(gòu)。”

        據(jù) Kilian 教授透露,將產(chǎn)生的干燥材料帶入臨床環(huán)境或?qū)嶒?yàn)室中進(jìn)行大量洗滌,然后向其中添加活細(xì)胞。“我們技術(shù)的妙處在于,可以把它直接擠出到患者骨骼中的空腔等有細(xì)胞的地方??梢灾苯舆M(jìn)入具有細(xì)胞、血管和脂肪的骨骼,并打印出已包含活細(xì)胞骨樣結(jié)構(gòu)的區(qū)域。目前,還沒(méi)有任何其他技術(shù)可以直接做到這一點(diǎn)?!?p>

        Sara Romanazzo 博士準(zhǔn)備使用COBICS 技術(shù)對(duì)一塊骨頭進(jìn)行3D 打印

        在最近發(fā)表于《高級(jí)功能材料》上的一篇研究論文中,描述了如何在具有活細(xì)胞的微凝膠基質(zhì)中開(kāi)發(fā)特殊墨水。

        Roohani 博士說(shuō):“墨水通過(guò)在水性環(huán)境中對(duì)其成分進(jìn)行局部納米結(jié)晶,從而利用定型機(jī)制,將無(wú)機(jī)墨水轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械互鎖的骨磷灰石納米晶體。換句話說(shuō),它形成的化學(xué)結(jié)構(gòu)類(lèi)似于骨骼構(gòu)建塊。墨水的配制方式使該轉(zhuǎn)換在生物環(huán)境中快速、無(wú)毒,并且僅在墨水暴露于生物環(huán)境中時(shí)才會(huì)開(kāi)始轉(zhuǎn)化,從而為最終用戶(hù)(例如外科醫(yī)生)提供了充足的工作時(shí)間。將墨水與含有活細(xì)胞的膠原蛋白混合后,就可以在原位制造骨樣組織,這種骨狀組織可能適用于骨組織工程應(yīng)用、疾病建模、藥物篩選以及原位重建?!?/p>

        因此,盡管這項(xiàng)技術(shù)剛出現(xiàn),外科醫(yī)生和醫(yī)療技術(shù)制造商就已經(jīng)對(duì)它產(chǎn)生濃厚興趣。Kilian 教授認(rèn)為,雖然還處于初期階段,但是這種新的 3D 打印骨骼的技術(shù)也許會(huì)為治療和修復(fù)骨骼組織開(kāi)創(chuàng)一種全新的方式。

        “這一進(jìn)展確實(shí)為無(wú)數(shù)的機(jī)會(huì)鋪平了道路,我們相信這些機(jī)會(huì)可以被證明是革命性的。從使用墨水在實(shí)驗(yàn)室中創(chuàng)建骨骼以進(jìn)行疾病建模,作為牙齒修復(fù)的生物活性材料,再到指導(dǎo)患者的骨骼重建。未來(lái),我們可以想象,需要骨移植的患者可以走進(jìn)診所,在那里對(duì)他們的骨骼解剖結(jié)構(gòu)成像,轉(zhuǎn)換為 3D 打印,然后用自己的細(xì)胞直接打印到腔內(nèi)。這有可能從根本上改變當(dāng)前的治療手法,減少患者的痛苦并最終挽救生命?!?/p>

        接下來(lái),兩人將在動(dòng)物模型中進(jìn)行體內(nèi)測(cè)試,以觀察在植入現(xiàn)有骨組織后、骨樣結(jié)構(gòu)中的活細(xì)胞是否會(huì)繼續(xù)生長(zhǎng)。

        (摘自美《深科技》)(編輯/華生)

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