新南威尔士大学开发可以3D打印包含活细胞的仿骨结构

时间：2021-01-27 09:26 来源：中国3D打印网作者：中国3D打印网阅读：次

中国3D打印网1月27日讯，新南威尔士大学（UNSW）的科学家已经开发出一种新技术，可以3D打印包含活细胞的仿骨结构，这将在骨组织工程应用，疾病建模和药物筛选中具有潜在用途。最重要的是，该方法可以通过将陶瓷基油墨直接挤出到患处来实现骨和软骨缺损的原位重建，据克里斯托弗·基利安（Kristopher Kilian）副教授说，这一壮举迄今为止还没有其他技术实现。
Kilian与新南威尔士大学化学学院的Iman Roohani博士共同开发了这一突破性技术，该技术首次促进了室温下充满细胞的“骨头”的印刷。“这是一项独特的技术，可以产生紧密模仿骨骼组织的结构，” Roohani说。 “它可以用于对骨骼缺陷进行原位修复的临床应用，例如由外伤，癌症或切除的大量组织所引起的缺陷。”

科学家们已经研究出如何使用3D打印机和包含活细胞的凝胶状“浴”来打印骨骼状结构

科学家们已经研究出如何使用3D打印机和包含活细胞的凝胶状“浴”来打印骨骼状结构。图片来自UNSW。
陶瓷生物3D打印
          Kilian和Rohaani的新技术被称为细胞悬浮液中的陶瓷全向生物打印（COBICS），它使用3D打印机部署由磷酸钙制成的新型陶瓷基油墨，以产生骨骼状结构，将其放置在几分钟内即可硬化水。
          Roohani解释说：“墨水通过在水性环境中对其成分进行局部纳米结晶，从而利用定型机制，将无机墨水转换为机械互锁的骨磷灰石纳米晶体。换句话说，它形成的结构在化学上类似于骨骼构造块。油墨的配制方式使得该转化在生物环境中快速，无毒，并且仅在油墨暴露于体液时才开始转化，从而为最终用户（例如外科医生）提供了充足的工作时间。 ”
         当这种墨水与含有活细胞的胶原蛋白结合时，就可以原位制造骨样组织。该过程能够在室温下发生，使其与其他3D打印仿骨技术不同。此外，活细胞可以成为3D打印结构的一部分，而不是在添加活细胞之前先在实验室中使用高温炉和刺激性化学物质构建的材料，这一事实使新方法更加独特。“我们的技术最酷的地方是，您可以将其直接挤出到有细胞的地方，例如患者骨骼中的空腔。” Kilian说。 “我们可以直接进入有细胞，血管和脂肪的骨骼，并在该区域打印出已经包含活细胞的骨样结构。当前没有任何技术可以直接做到这一点。”

Sara Romanazzo博士准备使用COBICS技术对一块骨头进行3D打印。图片来自UNSW。
修复骨组织的新方法
据科学家称，许多外科医生和医疗技术制造商已经对该方法表现出了兴趣，Kilian认为这将为治疗和修复骨组织开辟一种崭新的方式。他说：“这项进展确实为我们认为可以证明具有变革性的众多机遇铺平了道路-从在实验室中使用墨水在骨骼上进行疾病建模，作为牙齿修复的生物活性材料，再到指导患者的骨重建，我想象有一天，需要骨移植的患者可以走进诊所，对骨骼的解剖结构进行成像，然后转换为3D打印机，然后用自己的细胞直接打印到腔内。这有可能彻底改变当前的做法，减少患者的痛苦并最终挽救生命。”

据中国3D打印网了解，科学家的下一步是在动物模型中进行体内测试，以观察模拟骨骼的结构中的活细胞植入骨骼组织后是否继续生长。

生物打印骨骼的研究进展

     近年来，3D打印生物结构已成为众多研究项目和计划的重点，特别是在组织工程和再生医学领域。正在为这些应用不断开发新的生物墨水，并将3D打印与生物材料工程和干细胞生物学等技术相结合，以创建更广泛的可定制骨移植材料。
       去年，俄勒冈健康与科学大学（OHSU）的研究人员研究了3D打印的乐高式“骨头砖”如何治愈破裂的骨骼组织，而另一个合作研究项目则探索了3D生物打印的纳米复合材料支架如何促进骨骼形成。在其他地方，Skoltech科学家使用功能表示模型（FRep）模拟了3D打印个性化陶瓷骨植入物的方法。
       最近，代尔夫特理工大学的一个研究小组使用他们自己专门设计的基于挤压的装置，利用可生物降解的多孔铁制造了临时的骨植入物。他们研究的下一阶段涉及注入纳米生物陶瓷以促进骨骼生长，并整合抗菌剂以降低感染风险。

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