科學(xué)家找到3D打印更接近天然軟骨組織的方法

    3D生物打印技術(shù)為患者帶來(lái)了新的治療方式，但是新的方式仍然需承受巨大的痛苦，最近，來(lái)自賓夕法尼亞州立大學(xué)的一隊科學(xué)家希望減輕患者的痛苦，為患者制造出了用軟骨代替墨水的3D生物打印技術(shù)。

　　一種使用成股的軟骨替代物做墨水的3D生物打印技術(shù)有朝一日可能會(huì )為磨損關(guān)節制造出軟骨“補丁”，來(lái)自賓夕法尼亞州立大學(xué)（PennStateUniversity）的一隊科學(xué)家如是說(shuō)�！拔覀兊哪繕耸莿�(chuàng )建出可以用于替換大量磨損組織或者可以用于設計補丁的組織�！痹撔９こ炭茖W(xué)與機械學(xué)助理教授IbrahimT.Ozbolat稱(chēng)，“尤其是那些患有骨關(guān)節炎的患者們，經(jīng)常要忍受巨大痛苦。我們需要為此找到一種新的替代治療方法�！�

　　對于那些希望擴展生物打印技術(shù)的科學(xué)家們來(lái)說(shuō)，軟骨是一種很好的目標組織，因為它只有一種細胞類(lèi)型，而且組織內沒(méi)有血管。不過(guò)它也是無(wú)法自我修復的組織，軟骨一旦損壞，就無(wú)法恢復。　

　　在以前，科學(xué)家們關(guān)于培育軟骨的嘗試是從將細胞植入水凝膠（一種聚合物鏈組成的物質(zhì)，90%的成分是水）開(kāi)始的，這種水凝膠可以作為支架用于生長(cháng)組織。

　　“水凝膠不允許細胞正常生長(cháng)�！�Ozbolat說(shuō)，他也是賓夕法尼亞州Huck生命科學(xué)研究所的成員�！八�凝膠限制了細胞，不允許細胞像在原生組織中那樣相互溝通�！边@導致最終產(chǎn)生的組織不具有足夠的機械完整性。而且退化的水凝膠也會(huì )產(chǎn)生有毒的化合物，不利于細胞生長(cháng)。　

　　為此，Ozbolat和他的研究團隊開(kāi)發(fā)出了一種方法，無(wú)需使用支架即可制造出更大規模的組織。他們創(chuàng )建了一個(gè)很小的——直徑僅為百分之三到百分之五英寸——藻酸鹽（一種海藻萃取物）制成的管�？茖W(xué)家們將軟骨細胞注入該管中，使他們在其中生長(cháng)一個(gè)星期左右，導致彼此粘連起來(lái)。由于細胞不會(huì )粘到海藻上，他們可以將這個(gè)管子去除掉，留下一股（或者一縷）軟骨�？茖W(xué)家們在其最新一期的《ScientificReports》上報告了他們的研究成果。　

　　最后，研究人員將成股的軟骨代替生物墨水用于3D生物打印，這種3D生物打印機使用了專(zhuān)門(mén)設計的原型噴嘴，可以擠出這種軟骨“線(xiàn)材”。這種3D打印機可以根據研究人員的需要將這些軟骨“線(xiàn)材”鋪成任何圖案。大約半小時(shí)后，等這些軟骨補丁相互之間有了足夠的粘結力，并可以移到培養皿中之后，研究人員再把它們放在營(yíng)養液里，使它們能夠進(jìn)一步融合成一塊單一的組織。最終，這些成條的軟骨“3D打印線(xiàn)材”會(huì )充分連接和融合在一起。　

　　一片3D打印的軟骨在營(yíng)養液中的一塊骨頭底座上　

　　“我們可以安照任何需要的長(cháng)度制造出這些成股的軟骨�！�Ozbolat說(shuō)：“因為沒(méi)有支架，這個(gè)打印軟骨的過(guò)程是可擴展的，所有我們可以獲得比較大的補丁。我們可以通過(guò)垂直打印這些“線(xiàn)材”來(lái)模仿真實(shí)的關(guān)節軟骨，或者橫向來(lái)模仿自然的結構�！�　

　　據了解，最終研究團隊制造出來(lái)的人工牛軟骨非常類(lèi)似于原生的牛軟骨。盡管其力學(xué)性能還是不如那些天然軟骨，但是比使用水凝膠做支架的軟骨要強。不過(guò)需要指出的是，天然軟骨是在關(guān)節的壓力環(huán)境中形成的，因此Ozbolat認為，如果對人工軟骨施加機械壓力將改善其力學(xué)性能。　

　　另外，科學(xué)家們稱(chēng)這一過(guò)程也可以用于制造人體內的軟骨，材料來(lái)源包括人體內現有的軟骨或者通過(guò)干細胞分化為軟骨細胞。　

　　美國國家自然科學(xué)基金（NSF）、愛(ài)荷華價(jià)值成長(cháng)基金（GrowIowaValueFunds）和中國學(xué)術(shù)基金（ChinaScholarshipFund）支持了這項研究工作。