3D打印軟骨進(jìn)展迅速，未來或?qū)⒃谔�空進(jìn)行實驗

近年來，3D打印技術(shù)不斷完善，3D打印材料一再取得突破，助推了3D打印軟骨的迅速進(jìn)展。2017年3月，瑞典Chalmers科技大學(xué)與Sahlgrenska學(xué)院近日在生物3D打印方面取得了新的突破，成功地將3D打印的人類軟骨移植到了小鼠身上。更棒的是，這個軟骨不但活了下來，還在誘導(dǎo)下實現(xiàn)了進(jìn)一步的生長，形成了血管網(wǎng)絡(luò)。可能在未來，3D打印軟骨或還將進(jìn)入太空進(jìn)行實驗，進(jìn)一步論證相關(guān)技術(shù)與產(chǎn)品的實驗表現(xiàn)。

當(dāng)3D打印技術(shù)興起時，它備受看好，有人曾將它媲美電腦時代。如今，隨著3D打印技術(shù)的逐步成熟，它的應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛。這其中，醫(yī)療領(lǐng)域成為3D打印技術(shù)轉(zhuǎn)化應(yīng)用的“主戰(zhàn)場”。

南極熊認(rèn)為，3D打印對醫(yī)療行業(yè)而言，是實現(xiàn)質(zhì)變的難得機(jī)遇。如今，醫(yī)療領(lǐng)域已經(jīng)占領(lǐng)了3D打印市場份額的三分之二。根據(jù)Future Market Insights公司發(fā)布的報告顯示，全球3D打印醫(yī)療器械市場2016年可達(dá)2.796億美元，并在未來10年復(fù)合年增長率(CAGR)為17.5%。市場研究公司IQ4IResearch&Consultancy最新分析報告也指出，到2022年，全球醫(yī)療3D打印市場規(guī)模將達(dá)到38.9億美元。

隨著3D打印熱潮在醫(yī)療領(lǐng)域的迅速蔓延，應(yīng)用3D打印胸廓、胡桃夾綜合征、顱骨等都被真實應(yīng)用在了醫(yī)學(xué)上。3D打印在醫(yī)療模型、假肢、齒科手術(shù)模板、顱骨、頸椎人工椎體及人體軟骨等方面應(yīng)用前景可觀，實用性、可替代性都極具優(yōu)勢。

對于那些希望擴(kuò)展生物打印技術(shù)的科學(xué)家們來說，軟骨是一種很好的目標(biāo)組織，因為它只有一種細(xì)胞類型，而且組織內(nèi)沒有血管。不過它也是無法自我修復(fù)的組織，軟骨一旦損壞，就無法恢復(fù)。近年來，隨著3D打印技術(shù)的不斷完善與進(jìn)步，3D打印軟骨取得了一系列重要突破與成果。

2016年6月，英國布里斯托大學(xué)(University of Bristol)的科學(xué)家們開發(fā)出了一種新型的生物墨水，據(jù)稱這種墨水最終可能3D打印出可作為手術(shù)植入物的復(fù)雜組織。這種含有干細(xì)胞的生物墨水可以用來3D打印活組織，也就是我們常說的生物打印。

目前該團(tuán)隊已經(jīng)能夠?qū)⒏杉?xì)胞分化為軟骨細(xì)胞(即可以分泌骨基質(zhì)的細(xì)胞)和成骨細(xì)胞(可以分泌軟骨基質(zhì)并嵌入其中的細(xì)胞)，從而可以在5周內(nèi)開發(fā)出3D打印組織結(jié)構(gòu)，包括一個全尺寸的氣管軟骨環(huán)。

同月，賓夕法尼亞州Huck生命科學(xué)研究所成員Ozbolat和他的研究團(tuán)隊開發(fā)出了一種方法，無需使用支架即可制造出更大規(guī)模的組織。他們創(chuàng)建了一個很小的——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。科學(xué)家們將軟骨細(xì)胞注入該管中，使他們在其中生長一個星期左右，導(dǎo)致彼此粘連起來。由于細(xì)胞不會粘到海藻上，他們可以將這個管子去除掉，留下一股(或者一縷)軟骨。科學(xué)家們在其最新一期的《Scientific Reports》上報告了他們的研究成果。

隨后的7月份，美國亞特蘭大的American Process公司(API)和英國斯旺西大學(xué)(Swansea University)醫(yī)學(xué)院簽訂了一份聯(lián)合開發(fā)協(xié)議(JDA)，共同研發(fā)用人體細(xì)胞和納米纖維素3D打印而成的組織軟骨，并將其用于面部重建。

據(jù)該項目負(fù)責(zé)人教授Iain Whitaker：“目前人們越來越多地使用塑料或者鈦金屬3D打印假肢和植入物。但是以人類細(xì)胞為原料的生物打印，也是非常有前途的。我們正在根據(jù)特定病人的需要打印活組織、活結(jié)構(gòu)。我們希望在將來，那些由于創(chuàng)傷或者癌癥而失去了耳朵或鼻子等器官的患者可以使用他們自己的細(xì)胞結(jié)合納米纖維素重建新組織。這中間生物材料是我們生物打印技術(shù)的關(guān)鍵組成部分，而納米纖維素被我們選為生物材料，這是因為其生物相容性、力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)性能可以在三個維度上支持細(xì)胞的粘附和生長。”

而在今年的3月24日，3D打印軟骨再次取得關(guān)鍵性進(jìn)展。來自瑞典查爾姆斯理工大學(xué)和薩爾格學(xué)院的一組研究人員宣布，他們成功地讓3D打印人體軟骨細(xì)胞在老鼠身上存活并生長。

研究人員在一臺CELLINK生物打印機(jī)上，用混合有人體軟骨細(xì)胞的水凝膠3D打印出一個組織。打印完成后，他們立即將其植入老鼠身體。植入后，軟骨組織不僅存活下來，還在生長和血管化，這意味著它形成了自己的血管。在打印后立即將組織植入小鼠這一舉動意義非凡，因為以前都是在植入之前讓軟骨組織在實驗室中生長。

這項研究表明，3D打印干細(xì)胞能在活體中生長成軟骨，這對研究團(tuán)隊以及整個生物打印和組織工程領(lǐng)域來說是一個巨大的成功。

如今，人類科學(xué)家已經(jīng)不只是滿足于在地球上進(jìn)行3D打印軟骨的一系列實驗，而是希望能夠盡快在太空環(huán)境下也進(jìn)行相關(guān)的分析實驗。

近日，俄羅斯3D生物打印方案公司代表赫蘇安尼在俄羅斯商業(yè)航天論壇InSpace Forum上宣布，失重狀態(tài)下的3D軟骨打印實驗可能將于2018-2024年期間在國際空間站進(jìn)行�！肮�司對項目實施有具體方案，計劃實施日期即2018年至2024年�！�

赫蘇安尼稱，公司已經(jīng)獲得了“能源”集團(tuán)的實驗許可，“能源”是國際空間站俄羅斯艙段的主要運(yùn)營者。他介紹道，兩家而美國公司已經(jīng)計劃在空間站中進(jìn)行分析實驗，“我們將有機(jī)會在這一系列實驗中確立世界領(lǐng)先地位。”

3D軟骨打印所取得的一系列進(jìn)展，不外乎都是在打印材料上實現(xiàn)了突破。當(dāng)前，我國在3D打印技術(shù)應(yīng)用上發(fā)展迅速，但是3D 打印材料發(fā)展仍然緩慢。

為了推動3D打印材料實現(xiàn)“彎道超車”，補(bǔ)上我國3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展的短板，3月25日，“中國3D打印材料及應(yīng)用發(fā)展戰(zhàn)略研究”咨詢項目啟動會暨3D打印材料研討會在北京工業(yè)大學(xué)舉行，來自中國工程院和中國3D打印產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟部分會員企業(yè)100多位代表出席此次會議。

3D打印軟骨技術(shù)的成熟，使得臨床應(yīng)用也將很快實現(xiàn)。在經(jīng)歷了各種環(huán)境下的實驗、分析之后，正式進(jìn)入醫(yī)用的3D打印軟骨將為人類健康帶來重要福音。

來源：機(jī)器科技
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