新南威爾士大學(xué)：使用新型陶瓷墨水3D打印帶有活細(xì)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(kāi)發(fā)出了COBICS陶瓷基墨水，未來(lái)可以讓外科醫(yī)生3D打印出帶有活細(xì)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(jī)開(kāi)發(fā)出了一種新技術(shù)，即細(xì)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(shí)，這種結(jié)構(gòu)在幾分鐘內(nèi)就會(huì)硬化。

UNSW化學(xué)學(xué)院的Iman Roohani博士說(shuō)："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(xì)胞，并且沒(méi)有刺激性的化學(xué)品或輻射。這是一種獨(dú)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(kāi)發(fā)這項(xiàng)突破性技術(shù)的Kristopher Kilian副教授表示，活細(xì)胞可以成為3D打印結(jié)構(gòu)的一部分。

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

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�有活�?xì)胞的微凝膠基質(zhì)中開(kāi)發(fā)出特殊墨水。

Roohani博士說(shuō)："墨水通過(guò)成分在水環(huán)境中的局部納米結(jié)晶，利用定型機(jī)制，將無(wú)機(jī)墨水轉(zhuǎn)化為機(jī)械互鎖的骨磷灰石納米晶體。換句話說(shuō)，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(wú)毒，而且只有當(dāng)墨水暴露在體液中時(shí)才會(huì)啟動(dòng)，為終端用戶（例如外科醫(yī)生）提供了充足的工作時(shí)間。"

當(dāng)墨水與含有活細(xì)胞的膠原物質(zhì)相結(jié)合時(shí)，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(xì)胞的骨骼

△Sara Romanazzo博士準(zhǔn)備使用擠出式3D打印機(jī)，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(duì)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(huì)開(kāi)啟一種全新的治療和修復(fù)骨組織的方式。

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

"我想象有一天，需要骨移植的患者可以走進(jìn)診所，掃描他們骨骼解剖結(jié)構(gòu)，然后導(dǎo)入到3D打印機(jī)上，就能直接用自己的細(xì)胞打印到腔體中�！�

"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(lái)二人將在動(dòng)物模型中進(jìn)行體內(nèi)測(cè)試，看看骨狀結(jié)構(gòu)中的活細(xì)胞在植入現(xiàn)有的骨組織后是否還能繼續(xù)生長(zhǎng)。


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

編譯自：3dprintingmedia