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

科學(xué)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(fā)了稱為 “細胞懸浮液中的陶瓷全向生物打?。–OBICS）” 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)。

圖丨科學(xué)家們已經(jīng)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(jié)構(gòu)（來源：UNSW）

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)建充滿活細胞、且沒有刺激性的化學(xué)物質(zhì)或輻射的材料。“這項獨特的技術(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 博士共同開發(fā)技術(shù)的 Kristopher Kilian 副教授認為，活細胞可以成為 3D 打印結(jié)構(gòu)的一部分，它的便攜性是在當前最先進的技術(shù)上取得的巨大進步。

他說：“如果想制造一塊可以修復(fù)病人骨組織的骨樣材料，首先需要進入實驗室，使用高溫爐和有毒的化學(xué)物質(zhì)來制造結(jié)構(gòu)?！?/p>

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)嶒炇抑羞M行大量洗滌，然后向其中添加活細胞?！拔覀兗夹g(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胞的地方?？梢灾苯舆M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(jié)構(gòu)的區(qū)域。目前，還沒有任何其他技術(shù)可以直接做到這一點?！?/p>

圖丨 Sara Romanazzo 博士準備使用 COBICS 技術(shù)對一塊骨頭進行 3D 打?。▉碓矗篣NSW）

在最近發(fā)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(zhì)中開發(fā)特殊墨水。

Roohani 博士說：“墨水通過在水性環(huán)境中對其成分進行局部納米結(jié)晶，從而利用定型機制，將無機墨水轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械互鎖的骨磷灰石納米晶體。換句話說，它形成的化學(xué)結(jié)構(gòu)類似于骨骼構(gòu)建塊。墨水的配制方式使該轉(zhuǎn)換在生物環(huán)境中快速、無毒，并且僅在墨水暴露于生物環(huán)境中時才會開始轉(zhuǎn)化，從而為最終用戶（例如外科醫(yī)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(yīng)用、疾病建模、藥物篩選以及原位重建?！?/p>

因此，盡管這項技術(shù)剛出現(xiàn)，外科醫(yī)生和醫(yī)療技術(shù)制造商就已經(jīng)對它產(chǎn)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(shù)也許會為治療和修復(fù)骨骼組織開創(chuàng)一種全新的方式。

“這一進展確實為無數(shù)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(chuàng)建骨骼以進行疾病建模，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，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(jié)構(gòu)成像，轉(zhuǎn)換為 3D 打印，然后用自己的細胞直接打印到腔內(nèi)。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?！?/p>

接下來，兩人將在動物模型中進行體內(nèi)測試，以觀察在植入現(xiàn)有骨組織后、骨樣結(jié)構(gòu)中的活細胞是否會繼續(xù)生長。

來源：麻省理工科技評論