英國(guó)斯望西大學(xué)正研發(fā)可用于面部重建的3D打印軟骨

軟骨是一種堅(jiān)固而有彈性的組織，分布在成年人的鼻尖、外耳、肋骨的尖端、關(guān)節(jié)的連接面等部位。人體中的軟骨組織起到了為器官提供支撐、潤(rùn)滑關(guān)節(jié)、緩沖運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的震動(dòng)等重要作用。如果由于外傷、疾病、手術(shù)等原因而導(dǎo)致人體的軟骨缺損，則需要及時(shí)接受治療。

怎樣將缺損的軟骨“補(bǔ)”回來(lái)是醫(yī)學(xué)上一直在研究和探索的問(wèn)題。從其他物種中進(jìn)行異種軟骨移植、同種異體軟骨移植或自體軟骨移植等技術(shù)都是醫(yī)療界在探索的軟骨再生方式。軟骨再生的每一項(xiàng)技術(shù)都在人們的探索與追尋中，它們都具有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。例如，同種異體軟骨移植軟骨來(lái)源廣泛，生物學(xué)性能良好，但是會(huì)存在免疫排異和疾病傳播等問(wèn)題；自體軟骨移植主要是通過(guò)自體其他部位的軟骨移植，或通過(guò)自體細(xì)胞來(lái)培植軟骨，可以降低免疫排異的風(fēng)險(xiǎn)。

以人體細(xì)胞和生物墨水為打印材料的生物3D打印技術(shù)，在近年來(lái)被應(yīng)用在培養(yǎng)人體器官和組織領(lǐng)域。雖然，要實(shí)現(xiàn)3D打印可移植的復(fù)雜器官這個(gè)目標(biāo)，科學(xué)家們還要經(jīng)歷相當(dāng)長(zhǎng)的探索過(guò)程，但是3D打印出可移植的軟骨組織已經(jīng)距離我們不遠(yuǎn)了。本期，3D科學(xué)谷將與谷友們一起分享英國(guó)斯望西大學(xué)在3D打印面部軟骨領(lǐng)域所進(jìn)行的研究。

英國(guó)斯望西大學(xué)醫(yī)學(xué)院和可再生材料公司American Process Inc.合作研發(fā)用于面部重建的軟骨組織。這個(gè)科研項(xiàng)目包括在支架上3D打印人體細(xì)胞，從而培養(yǎng)出可用于先進(jìn)整形外科手術(shù)的軟骨組織。制造三維支架的材料是多種配方的納米纖維素。該項(xiàng)目得到了英國(guó)醫(yī)學(xué)研究理事會(huì)研究基金的支持。

研究團(tuán)隊(duì)將通過(guò)該項(xiàng)目3D打印出完全與患者解剖形狀相匹配的定制化面部軟骨組織。該組織更加持久，并具有生物相容性，可以替代面部整形手術(shù)中使用的塑料或鈦金屬植入物。在植入人體后它們能夠長(zhǎng)期存活，并且不會(huì)被人體吸收掉。

研究人員表示，在該項(xiàng)目中起到關(guān)鍵作用的是納米纖維素材料，不僅因?yàn)樗哂猩锵嗳菪院土己玫牧W(xué)性能、結(jié)構(gòu)特性，還在于該材料可以為細(xì)胞提供支撐和生長(zhǎng)環(huán)境。雖然生物3D打印機(jī)的基本原理與普通3D打印機(jī)類(lèi)似，都是將材料計(jì)算機(jī)的質(zhì)量進(jìn)行逐層的沉積，但是人體細(xì)胞畢竟有別于塑料、金屬粉末等材料，它們不僅需要通過(guò)3D打印進(jìn)入到指定的位置，在打印之后還需要在指定的位置上繼續(xù)生長(zhǎng)。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，就需要在打印中使用特殊的材料或技術(shù)。在英國(guó)斯望西大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究項(xiàng)目中，承擔(dān)這個(gè)任務(wù)的材料正是納米纖維素。

研究團(tuán)隊(duì)以納米纖維素作為生物墨水進(jìn)行了大量的研究。研究表明納米纖維素具有以下特性，例如：很高的保水值、其微粒在水中可以形成獨(dú)特組合，以及可以形成一種比較稀的凝膠。由納米纖維素形成的凝膠易于流動(dòng)和3D打印，在打印完成后它們會(huì)變得堅(jiān)硬、平滑，讓三維結(jié)構(gòu)變得致密，有助于將細(xì)胞保持在所處的位置上。研究人員表示，這些特性讓納米纖維素材料非常適合應(yīng)用在通過(guò)噴嘴擠出式生物3D打印機(jī)進(jìn)行器官和組織培養(yǎng)的領(lǐng)域。

值得一提的是，除了英國(guó)斯望西大學(xué)在軟骨3D打印方面所進(jìn)行的研究，世界多個(gè)國(guó)家的科學(xué)家都在軟骨3D打印方面取得了進(jìn)展。如：北京協(xié)和醫(yī)院的研究人員進(jìn)行的3D打印技術(shù)輔助精細(xì)化構(gòu)建組織工程鼻翼軟骨的研究；阿姆斯特丹VU醫(yī)學(xué)中心已對(duì)3D打印面部軟骨組織技術(shù)進(jìn)行了測(cè)試，并在不久的將來(lái)對(duì)外提供耳、鼻軟骨定制服務(wù)；美國(guó)北卡羅萊納州維克森林大學(xué)再生醫(yī)學(xué)研究所的科學(xué)家們開(kāi)發(fā)出可以制造器官、組織和骨骼的3D打印機(jī)，并使用3D打印機(jī)進(jìn)行了3D打印耳軟骨的實(shí)驗(yàn)。

延伸閱讀：
《新型干細(xì)胞生物3D打印墨水：能打印出骨骼和軟骨》
《德國(guó)科學(xué)家3D打印出更類(lèi)似自然生長(zhǎng)的人類(lèi)軟骨》

來(lái)源：3D科學(xué)谷