3D生物打印鼻軟骨可用于癌癥治療，你信嗎？

2021年5月7日，南極熊獲悉，加拿大阿爾伯塔大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種3D生物打印定制化鼻軟骨的方法，用于治療患有面部畸形的癌癥患者。

阿爾伯塔大學(xué)的科學(xué)家使用CELLINK 3D生物打印機(jī)，已經(jīng)能夠?qū)⒒颊呒?xì)胞和膠原蛋白水凝膠的混合物精確地沉積成鼻腔形狀，然后再將其培養(yǎng)成功能性的軟骨。鑒于正常的鼻移植物經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)肺部感染甚至塌陷的風(fēng)險(xiǎn)，因此該團(tuán)隊(duì)的植入物可能代表了未來治療癌癥患者面部腫瘤的更安全，更快捷的方法。

阿爾伯塔大學(xué)醫(yī)學(xué)院牙科系的外科教授Adetola Adesida說：“在一個(gè)人的體內(nèi)制作軟骨需要一輩子，而這種方法大約需要四個(gè)星期。因此，您還需要等待它的技術(shù)成熟到一定程度，尤其是在植入體內(nèi)時(shí)。但從功能上講，它能夠完成軟骨所能做的事情�！�

優(yōu)化重建手術(shù)

在北美，每年有超過300萬人被診斷為非黑色素瘤皮膚癌，平均40%的人會(huì)出現(xiàn)需要截骨的鼻子病變。雖然這項(xiàng)手術(shù)是必要的，因?yàn)樗�可以挽救生命，但它需要永久性切除鼻軟骨，往往�?huì)留下疤痕和面部毀容。

另外，考慮到鼻腔細(xì)胞的血管形成性較差，它們無法像人體其他部位那樣進(jìn)行再生，因此通常從患者的肋骨上獲取移植物，這可能會(huì)導(dǎo)致并發(fā)癥。Adesida解釋說：“當(dāng)外科醫(yī)生調(diào)整鼻子的形狀時(shí)，它是筆直的，但是當(dāng)它適應(yīng)新環(huán)境時(shí)，它將經(jīng)歷一個(gè)變形的時(shí)期，在這個(gè)時(shí)期它會(huì)翹曲。從直觀視覺上看，這是個(gè)問題�！�

肋骨也是人體解剖學(xué)中高度敏感的區(qū)域，手術(shù)可能會(huì)使那些肺部塌陷的患者面臨感染，甚至死亡的風(fēng)險(xiǎn)。為了減少移植的危險(xiǎn)性，美國科學(xué)家建議，可以精確地設(shè)計(jì)病人特定的細(xì)胞移植物，以創(chuàng)造出真實(shí)而強(qiáng)健的鼻組織。

此前，研究小組已經(jīng)成功地將人鼻中隔軟骨細(xì)胞（hNCs）植入到膠原支架上，但最終得到的細(xì)胞在形狀和分布上受到限制。然而，他們在新的研究中發(fā)現(xiàn)，生物打印提供了獲得均勻組織所需的精度，盡管只有在與定制的生物墨水一起使用時(shí)，但這種墨水可以提供可行的細(xì)胞結(jié)構(gòu)。

△Adetola Adesida（如圖）與美國一個(gè)研究小組共同開發(fā)了“實(shí)時(shí)監(jiān)測”的生物打印技術(shù)。圖片來自美國醫(yī)學(xué)院牙科系

“實(shí)時(shí)監(jiān)測”的3D生物打印方法

鑒于I型膠原具有天然的生物相容性，并已得到廣泛的臨床認(rèn)可，它通常用于軟骨組織的制造，但其低粘度的特性確實(shí)限制了打印適用性。為了解決這個(gè)問題，科學(xué)家們采用了一種形式自由可逆的懸浮水凝膠包覆和“實(shí)時(shí)監(jiān)測”的方法，包括將細(xì)胞與膠原蛋白預(yù)先混合，然后在明膠載體中培育出打印配料。

隨著時(shí)間的推移，支撐物慢慢融化，留下一個(gè)組合結(jié)構(gòu)，隨后可以添加可溶性軟骨生成因子，以促進(jìn)其生長。該團(tuán)隊(duì)的體外工程方法被證明是有效的，因?yàn)檫@是他們能夠密切監(jiān)測軟骨發(fā)育的關(guān)鍵要素，一旦生長完成便意味著“手術(shù)準(zhǔn)備就緒”。

科學(xué)家們利用實(shí)時(shí)更新的模型，最終能夠制造出多孔的鼻狀結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)在短短6周內(nèi)就生長成了與它們的原生同類物毫無差別的組織。掃描電鏡成像還顯示，這些結(jié)構(gòu)的細(xì)胞存活率為95%，研究人員觀察到它們與傳統(tǒng)的人類軟骨有著“非常相似的結(jié)構(gòu)”。

然而，盡管他們的植入物展現(xiàn)出了新的希望，但研究小組承認(rèn)，植入后的整合仍然難以預(yù)測，需要進(jìn)一步研究。目前，科學(xué)家們正在評(píng)估他們的實(shí)驗(yàn)室生成的軟骨在動(dòng)物體內(nèi)植入后是否保留其特性，目標(biāo)是從現(xiàn)在起2-3年內(nèi)進(jìn)入人體試驗(yàn)階段。

△3D生物打印標(biāo)本的模型，包括布滿細(xì)胞的鼻形結(jié)構(gòu)。圖片來自FASEB期刊

3D生物打印用于癌癥治療

僅在過去的十二個(gè)月當(dāng)中，就已經(jīng)有多位科學(xué)家采用3D生物打印技術(shù)來生產(chǎn)各種各樣的細(xì)胞支架，每種支架都可以針對腫瘤生長的不同元素進(jìn)行定制。在華盛頓州立大學(xué)（WSU），研究人員開發(fā)了一種3D打印的注入大豆的骨支架，能夠抵抗癌細(xì)胞。

WSU小組的方法可減少樣本中的炎癥，使其有潛力成為幫助年輕的骨肉瘤癌癥患者的更溫和的治療方法。同樣，由西班牙領(lǐng)導(dǎo)的研究小組最近配制了可產(chǎn)生α-T細(xì)胞的水凝膠，可將其3D打印到模仿癌癥淋巴結(jié)行為的組織中。

同時(shí)，日本名古屋市立大學(xué)的科學(xué)家們已經(jīng)成功地使用基于魚明膠的聚合物水凝膠對藥物輸送系統(tǒng)進(jìn)行了3D生物打印�？芍踩氲馁N片可以載有用于癌癥治療的聚乙二醇化脂質(zhì)體阿霉素，這種方法也可能非常適合在其他領(lǐng)域進(jìn)行納米藥物輸送。

本文研究人員的相關(guān)發(fā)現(xiàn)在題為“Bioprinting of human nasoseptal chondrocytes‐laden collagen hydrogel for cartilage tissue engineering”的論文中進(jìn)行了詳細(xì)說明。

論文鏈接：https://faseb.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1096/fj.202002081R