科學家使用新穎墨水， 用3D打印帶有活細胞的骨狀結構

科學家們已經研究出如何使用3D 打印機和包含活細胞的凝膠狀“浴”來打印骨骼狀結構

近日，悉尼新南威爾士大學（UNSW）的科學家開發出一種可以使用 3D 打印包含活細胞骨狀結構的陶瓷基墨水。并預測在不久的將來，3D 打印機可能成為手術室的常備固定裝置。

科學家在 3D 打印機使用了一種由磷酸鈣制成的特殊墨水，并且開發了稱為“細胞懸浮液中的陶瓷全向生物打印（COBICS）”的新技術。這種技術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構。

新南威爾士大學化學學院的 Iman Roohani 博士表示，雖然 3D 打印仿骨結構并不是新鮮事，但這是第一次在室溫條件下創建充滿活細胞、且沒有刺激性的化學物質或輻射的材料。“這項獨特的技術可以產生緊密模仿骨骼組織的結構，并且可用于對骨缺損的原位修復有大量需求的臨床應用，例如因外傷、癌癥或切除大部分組織等引起的骨缺損。”

與 Roohani 博士共同開發技術的 Kristopher Kilian 副教授認為，活細胞可以成為 3D 打印結構的一部分，它的便攜性是在當前最先進的技術上取得的巨大進步。

他說：“如果想制造一塊可以修復病人骨組織的骨樣材料，首先需要進入實驗室，使用高溫爐和有毒的化學物質來制造結構。”

據 Kilian 教授透露，將產生的干燥材料帶入臨床環境或實驗室中進行大量洗滌，然后向其中添加活細胞。“我們技術的妙處在于，可以把它直接擠出到患者骨骼中的空腔等有細胞的地方。可以直接進入具有細胞、血管和脂肪的骨骼，并打印出已包含活細胞骨樣結構的區域。目前，還沒有任何其他技術可以直接做到這一點。”

Sara Romanazzo 博士準備使用COBICS 技術對一塊骨頭進行3D 打印

在最近發表于《高級功能材料》上的一篇研究論文中，描述了如何在具有活細胞的微凝膠基質中開發特殊墨水。

Roohani 博士說：“墨水通過在水性環境中對其成分進行局部納米結晶，從而利用定型機制，將無機墨水轉變為機械互鎖的骨磷灰石納米晶體。換句話說，它形成的化學結構類似于骨骼構建塊。墨水的配制方式使該轉換在生物環境中快速、無毒，并且僅在墨水暴露于生物環境中時才會開始轉化，從而為最終用戶（例如外科醫生）提供了充足的工作時間。將墨水與含有活細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用、疾病建模、藥物篩選以及原位重建。”

因此，盡管這項技術剛出現，外科醫生和醫療技術制造商就已經對它產生濃厚興趣。Kilian 教授認為，雖然還處于初期階段，但是這種新的 3D 打印骨骼的技術也許會為治療和修復骨骼組織開創一種全新的方式。

“這一進展確實為無數的機會鋪平了道路，我們相信這些機會可以被證明是革命性的。從使用墨水在實驗室中創建骨骼以進行疾病建模，作為牙齒修復的生物活性材料，再到指導患者的骨骼重建。未來，我們可以想象，需要骨移植的患者可以走進診所，在那里對他們的骨骼解剖結構成像，轉換為 3D 打印，然后用自己的細胞直接打印到腔內。這有可能從根本上改變當前的治療手法，減少患者的痛苦并最終挽救生命。”

接下來，兩人將在動物模型中進行體內測試，以觀察在植入現有骨組織后、骨樣結構中的活細胞是否會繼續生長。

（摘自美《深科技》）（編輯/華生）