我们经常听到“3D打印功能性器官指日可待”的说法，但实验室的实际情况远比这复杂得多。尽管这仍是一个遥远的梦想，但苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）的一个研究团队已经迈出了关键一步，正在弥合这一差距。他们利用在实验室培养的人类细胞，成功制造出了富有弹性和稳定性的耳软骨。在研究员Philipp Fisch和Marcy Zenobi-Wong教授的带领下，这个科研团队成功开发出一种3D打印的人工耳，该人工耳在植入动物模型后仍能保持其形状和力学性能，从而使为患有畸形或严重损伤的患者提供个性化解决方案的可能性大大增加。
本研究的主要目标是克服现有重建方法的局限性。目前，治疗意外事故造成的耳畸形或耳廓缺失的标准方法是从患者自身的肋骨上取软骨来重塑耳廓。这种方法不仅疼痛，而且通常会导致重建后的耳廓比正常耳廓更加僵硬。因此，科学家们正在努力研发一种既具有必要的稳定性又具有足够柔韧性的组织，以便将其植入人体。
耳软骨制造工艺流程图（图片来源：P.Fisch、S.Kessler、S.Ponta等）
3D生物打印耳软骨：它是如何工作的？
为了获得所需的生物材料，研究人员从其他患者先前手术中剩余的小块软骨中提取细胞。他们首先从一个仅有三毫米大小的样本中分离出约10万个细胞，然后在特制的营养液中培养这些细胞，直至达到重建完整耳朵所需的数亿个细胞。在培养过程中，研究团队优化了培养环境，以确保细胞产生耳软骨特有的II型胶原蛋白和弹性蛋白，并且不会转化为成纤维细胞，因为成纤维细胞会形成更柔软的瘢痕组织。
增殖后的细胞与一种名为“生物墨水”的凝胶状材料混合，该材料起到支撑作用，然后被送入3D打印机，打印出耳朵的结构。打印完成后，耳朵不会立即植入。最初，形成的组织非常柔软，需要在培养箱中经过数周的成熟期。在此期间，该结构会持续获得氧气和营养物质的供应，以促进形成强大的蛋白质和糖类网络，从而赋予其最终的强度。
研究结果令人鼓舞。经过九周的实验室培养和六周的大鼠皮下植入后，人工耳廓保持了原有形状，并展现出与天然人类软骨非常相似的力学性能。Philipp Fisch强调，高细胞密度和可控的成熟环境相结合是成功的关键。然而，这位研究人员也提醒大家注意这些过程的复杂性：“我们团队在这个问题上已经研究了十多年。在组织生物制造领域，或者也称为组织工程领域，快速进展实属罕见。”
下一阶段的研究将着重于完善弹性蛋白网络，这种蛋白质赋予耳朵柔韧性，但其长期稳定性仍然是一个生物学难题。Philipp Fisch估计，在进入临床试验之前，可能还需要五年时间才能开发出完美的生物学设计。
编译整理：魔猴网
0 留言