科学家有望利用新型墨水3D打印出含有活细胞的骨组织!

近日,一篇发表在国际杂志Advanced Functional Materials上题为“Synthetic Bone‐Like Structures Through Omnidirectional Ceramic Bioprinting in Cell Suspensions”的研究报告中,来自新南威尔士大学等机构的科学家们通过研究开发出了一种基于陶瓷的墨水,未来有望帮助外科医生打印出能携带活细胞的3D骨骼部分,而这些活细胞能被用来修复损伤的骨组织。

文章中,研究人员使用了一种由磷酸钙组成的特殊墨水的3D打印机进行开发出了一种新技术—细胞悬浮液中的陶瓷全向生物打印技术(COBICS,ceramic omnidirectional bioprinting in cell-suspensions),该技术能帮助他们打印出骨骼样结构,这种结构在水中放置几分钟后就会被硬化。尽管3D打印仿骨结构的想法并不新鲜,但这是研究人员首次在室温下创建携带活细胞的材料。

图片来源:University of New South Wales

研究者Iman Roohani说道,这是一种独特的技术,其能够产生高度模拟骨骼组织的结构。这些骨骼组织能被用于对骨骼缺失的原位修复有大量需求的临床应用中,比如因创伤、癌症或切除等所造成的骨缺陷。活细胞作为3D打印结构的一部分,其具有便携性,这或许就会有望成为目前最先进技术的一大进展。截止到目前为止,制作一块类似于骨质的材料来修复患者的骨组织,需要首先进入实验室使用高温熔炉和有毒的化学物质来锻造结构。这就能够产生一种干燥的材料,然后将其带入临床环境或实验室中,在这两种环境中研究人员会对材料进行大量清洗并将活细胞添加到其中。

研究者指出,这项技术让大家觉得不可思议的是,你可以直接将其挤压到任何有细胞的地方,比如患者骨质腔中,这样其就能直接进入有细胞、血管和纸质的骨头里,随后能打印出一个已经含有活细胞的骨质样结构。文章中,研究人员描述了他们如何在含有活细胞的微凝胶机制中开发出这种特殊墨水。墨水能通过其组分在水环境中的局部纳米结晶,利用定型的机制,将无机墨水转化为机械互锁的骨磷灰石纳米晶体。

换句话说,其能够形成一种类似于骨骼建筑模块的化学结构,墨水中的配方就能使其在生物环境中的转化速度加快而且无毒。而且只有当墨水暴露于在提体液中时才会被启动,并能为终端用户(比如外科医生)提供充足的工作时间。当墨水与含有活细胞的胶原物质相结合时,其就能够原位制造骨样组织,而这或许适用于多个研究领域,比如骨组织工程应用、疾病模型、药物筛选、骨及骨软骨缺陷的原位重建。目前有外科医生和医疗技术制造商对此非常感兴趣,尽管还处于早期研究阶段,但这种新型的骨打印工艺或有望为治疗和修复骨组织提供一种全新的视野。

研究者Kilian说道,这一研究进展为众多的研究机会铺平了道路,我们相信这是或有望带来变革型的研究进展,即从使用墨水在实验室中制造骨质用于疾病建模,作为生物活性材料进行牙齿修复,到直接在患者机体中进行骨骼重建,未来有一天,需要进行骨移植的患者就能够走进诊所,其机体的骨骼解剖结构也能被成像,并翻译到3D打印机上,且能直接用自己的细胞打印到腔体中。

这或许就能从根本上改变目前研究人员的治疗手段,减轻患者的痛苦,以及最终挽救患者的生命。下一步研究人员将会在动物模型中进行体内测试,来分析是否骨样结构中的活细胞能在植入到现有的骨组织中后继续生长。

参考资料:

【1】Sara Romanazzo,Thomas Gregory Molley,Stephanie Nemec, et al. Synthetic Bone‐Like Structures Through Omnidirectional Ceramic Bioprinting in Cell Suspensions,Advanced Functional Materials (2021). DOI:10.1002/adfm.202008216

【2】Scientists use a novel ink to 3-D print bone with living cells

by University of New South Wales

(0)

相关推荐

  • 瑞士科学家成功在5D设计空间内3D打印出复杂结构

    近日,苏黎世联邦理工学院研究复杂材料的科学家们开发出了一种3D打印方法,可用来设计具有精制微观结构特征的复合材料.在此之前,这种结构特征只会出现在自然生长的生物材料中.利用他们称之为"多材料 ...

  • 俄罗斯宇航员在太空中3D打印出软骨组织

    2020年7月,南极熊获悉,俄罗斯宇航员Oleg Kononenko在国际空间站上进行了软骨的生物打印,为太空旅行者提供了至关重要的价值,因为这项技术可以实现治疗星际伤害的终极急救.这项新技术是与莫斯 ...

  • 盘点:2016年生物3D打印领域突破进展

    在过去2016年一年中,国内外生物3D打印技术取得了许多重大突破.例如3D打印人体肾脏,打印生物血管在体实验成功.近年来,3D打印技术在生物医疗领域的应用越来越受到重视,最大程度恢复人体机能的正常功能 ...

  • 陈根: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 ...

  • 骨和软骨的结构

    骨由骨膜包裹,内部骨质分为骨密质和骨松质,中心是骨髓腔,填充着骨髓.软骨是特化的致密的结缔组织,由大量的细胞间质和有包囊的软骨细胞构成.骨的结构 骨密质与骨松质:骨骼的内部构成可分为骨密质和骨松质.正 ...

  • 新型生物墨水 打印人体器官更进一步

    在生物3D打印技术的研发过程中,尽管充满细胞的生物打印结构在人体组织和器官移植中具有巨大潜力,但该技术仍然被打印速度.打印分辨率以及对体系结构复杂性等方面限制,无法被广泛使用.近期瑞典隆德大学的研究人 ...

  • 人类软骨和干细胞3D打印组织和骨骼

    由于认识到了生物3D打印技术无限的潜力,世界各地都相继出现涉足这方面的企业.南极熊近日又发现了一家,就是新西兰的基督城再生医学和组织工程集团(CReATE).该集团其实是新西兰奥塔哥大学(UO)的一支 ...

  • 【专家笔谈】三维生物打印在口腔软组织组织工程中的应用

    作者:张宇 张曦木 通信作者:张宇 作者单位:Division of Engineering in Medicine, Department of Medicine, Brigham and Wome ...

  • 澳大利亚专家发明“骨骼三维墨水”,可直接注入体内修复骨组织

    出品 | 搜狐健康 作者 | 周亦川 编辑 | 吴施楠 据Medicalxpress网站报道,<高级功能材料>杂志介绍了一种"骨骼三维墨水".它由活细胞和特殊的三维打印 ...

  • 湿热,到底是什么?

    湿,是一个完整功能的细胞或组织,结构松弛了或工作线路障碍导致通路受阻,而发生压力性结构改变,导致单元结构体积和质量.重量改变膨大的一种现象.有湿这样的一个改变之后,三羧酸循环损伤,热能随湿带来的细胞组 ...