新南威爾士大學(xué)：使用新型陶瓷墨水3D打印帶有活細胞的骨骼

2021年2月3日，南極熊獲悉，悉尼新南威爾士大學(xué)的科學(xué)家們開發(fā)出了COBICS陶瓷基墨水，未來可以讓外科醫(yī)生3D打印出帶有活細胞的骨骼，用于修復(fù)受損的骨組織。

科學(xué)家們使用3D打印機開發(fā)出了一種新技術(shù)，即細胞懸浮液中的陶瓷全向生物打印技術(shù)（COBICS），使用由磷酸鈣組成的特殊墨水，能夠打印出骨狀結(jié)構(gòu)，當(dāng)放置在水中時，這種結(jié)構(gòu)在幾分鐘內(nèi)就會硬化。

UNSW化學(xué)學(xué)院的Iman Roohani博士說："雖然3D打印仿骨結(jié)構(gòu)的想法并不新鮮，但這是第一次可以在室溫下創(chuàng)建這樣的材料，擁有完整的活細胞，并且沒有刺激性的化學(xué)品或輻射。這是一種獨特的技術(shù)，可以產(chǎn)生模仿骨組織的結(jié)構(gòu)。在臨床應(yīng)用中，有大量的骨缺損原位修復(fù)需求，如創(chuàng)傷、癌癥造成的骨缺損，或一大塊組織被切除的地方。"

與Roohani博士共同開發(fā)這項突破性技術(shù)的Kristopher Kilian副教授表示，活細胞可以成為3D打印結(jié)構(gòu)的一部分。

Kilian教授說："我們的技術(shù)最酷的地方是 你可以直接把它擠出到有細胞的地方，比如病人骨頭的空腔。我們可以直接進入有細胞、血管和脂肪的骨頭里，然后打印一個已經(jīng)包含活細胞的骨狀結(jié)構(gòu)，就在那個區(qū)域。目前還沒有技術(shù)可以直接做到這一點。"

在最近發(fā)表在《Advanced Functional Materials》上的一篇研究論文中，作者描述了他們?nèi)绾卧诤谢罴毎奈⒛z基質(zhì)中開發(fā)出特殊墨水。

Roohani博士說："墨水通過成分在水環(huán)境中的局部納米結(jié)晶，利用定型機制，將無機墨水轉(zhuǎn)化為機械互鎖的骨磷灰石納米晶體。換句話說，它形成的結(jié)構(gòu)在化學(xué)上類似于骨骼構(gòu)建塊。墨水的配方在生物環(huán)境中的轉(zhuǎn)化速度快、無毒，而且只有當(dāng)墨水暴露在體液中時才會啟動，為終端用戶（例如外科醫(yī)生）提供了充足的工作時間。"

當(dāng)墨水與含有活細胞的膠原物質(zhì)相結(jié)合時，它可以原位制造骨樣組織，這可能適用于骨組織工程應(yīng)用、疾病建模、藥物篩選以及骨和骨膜缺損的原位重建。

COBICS陶瓷墨水用于3D打印具有活細胞的骨骼

△Sara Romanazzo博士準(zhǔn)備使用擠出式3D打印機，利用COBICS技術(shù)3D打印一塊骨頭

已經(jīng)有外科醫(yī)生和醫(yī)療技術(shù)制造商對此產(chǎn)生了濃厚的興趣。A/Prof.Kilian認(rèn)為，雖然現(xiàn)在還處于早期階段，但這種新的骨打印工藝可能會開啟一種全新的治療和修復(fù)骨組織的方式。

Kilian教授說："我們相信這些可能會被證明是變革性的，包括使用墨水在實驗室中制造骨骼進行疾病建模，作為生物活性材料進行牙齒修復(fù)，以及直接在患者身上進行骨骼重建，"

"我想象有一天，需要骨移植的患者可以走進診所，掃描他們骨骼解剖結(jié)構(gòu)，然后導(dǎo)入到3D打印機上，就能直接用自己的細胞打印到腔體中?！?br />
"這有可能從根本上改變目前的做法，減少患者的痛苦，最終挽救生命。"

接下來二人將在動物模型中進行體內(nèi)測試，看看骨狀結(jié)構(gòu)中的活細胞在植入現(xiàn)有的骨組織后是否還能繼續(xù)生長。


Synthetic Bone-Like Structures Through Omnidirectional Ceramic Bioprinting in Cell Suspensions, Advanced Functional Materials (2021). DOI: 10.1002/adfm.202008216

編譯自：3dprintingmedia