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）