3D打印活细胞 修复受损骨组织

文/陈根

3D打印技术承载了人们对未来制造模式的想像,是数字时代人类技术积累到一定阶段所孕育出来的新技术,尤其是在医疗领域。

组织工程支架中层次结构、化学和功能活性的整合对于模拟天然骨组织非常重要。骨骼是一种高度矿化的组织,在环境条件下,在有骨细胞存在的情况下,通过有机基质中矿物相的连续结晶而形成。尽管近年来在复杂工程组织的生物制造方面取得了一些进展,但骨微环境异质性的复制一直是构建仿生骨支架的主要挑战。

在这样的背景下,受骨生物矿化过程的启发,悉尼新南威尔士大学的研究人员开发了一种陶瓷墨水,这种墨水可以让外科医生3D打印出带有活细胞的骨骼部分,这些活细胞可以用来修复受损的骨组织。

研究人员们利用3D打印机部署了一种由磷酸钙组成的特殊墨水,开发了一种新技术,称为细胞悬浮液中的陶瓷全方位生物打印(COBICS),使他们能够打印出在水中几分钟内硬化的类骨结构。

新南威尔士大学化学学院的伊曼·鲁哈尼博士表示,虽然3D打印模拟骨骼结构的想法并不新鲜,但这是第一次在室温下制造出这种材料,并且没有受到化学物质的辐射。

这项技术不可谓不独特,医护人员可以直接把它挤压到有细胞的地方,直接进入含有细胞、血管和脂肪的骨骼,并且在该区域打印出一个已经含有活细胞的类似骨骼的结构,以形成一种化学结构类似于骨骼构造块。

而在生物环境中,这种转化是快速的、无毒的,只有当墨水暴露在体液中时才开始,这将为外科医生提供充足的时间。而要知道,这项发明之前,如果需要骨质材料来修复特定患者的骨组织,医务人员必须进入实验室使用高温炉和有毒化学品制造结构,并且在实验室里制作出材料后,再拿到临床上,必须进行大量清洗,然后在其中加入活细胞。

新的技术则是在有活细胞的地方直接挤出材料,就像患者骨骼中的空腔,该结构可以在该区域中直接打印出已经含有活细胞的材料。当墨水与含有活细胞的胶原物质结合时,就可以原位制造骨样组织,这将适用于骨组织工程应用、疾病建模、药物筛选以及骨和骨软骨缺损的原位重建。

或许,3D打印机成为手术室标配的那一天已经不再遥远。