德國科學(xué)家3D打印出更類似自然生長的人類軟骨

3D生物打印技術(shù)是當(dāng)前3D打印技術(shù)中最前沿、最受關(guān)注的領(lǐng)域之一。原因無他，3D生物打印技術(shù)可能是人類未來器官移植的終極解決方案。未來的器官移植，可能不用再排隊(duì)等待別人的供體，醫(yī)生可以使用病人自己的細(xì)胞3D打印出一個(gè)同樣的器官換上。當(dāng)然要把這樣的場景變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)我們還有很長的路要走。但是，就目前而言，科學(xué)家們的研發(fā)速度堪稱迅猛。

近日，在《Nature Communications》雜志上發(fā)表了一篇論文，詳細(xì)介紹了如何利用生物相容性材料更為有效地修復(fù)人體組織，尤其是關(guān)節(jié)軟骨。

由于軟骨既要有一定的機(jī)械強(qiáng)度又有柔韌性，慕尼黑工業(yè)大學(xué)（TUM）的科學(xué)家們開發(fā)出了一種全新的3D打印方法——將超細(xì)纖維支架和水凝膠的結(jié)合起來。由此生物打印而成的三維結(jié)構(gòu)無論是剛度和彈性都類似于人類自然生長的膝關(guān)節(jié)軟骨。研究人員認(rèn)為，這種獨(dú)特的生物制造方法具有支持人類軟骨細(xì)胞生長和交聯(lián)的能力，并且可用于軟組織工程研究的其它領(lǐng)域，比如器官組織工程和乳房重建等。

為了創(chuàng)建出一個(gè)此種方法的樣本結(jié)構(gòu)，研究人員們使用了一種相對較新的3D打印技術(shù)—— 熔體靜電紡絲寫入（melt electrospinning writing）。

所謂的熔體靜電紡絲（M-ESP），是一種使帶電荷的聚合物熔體在靜電場中形成射流來制備聚合物超細(xì)纖維的加工方法。據(jù)南極熊3D打印網(wǎng)了解，在本項(xiàng)研究中，該方法有助于提供用于細(xì)胞生長的空間，同時(shí)還有助于細(xì)胞所需要的機(jī)械剛性。最終打印出的結(jié)構(gòu)不盡能夠?qū)崿F(xiàn)自然愈合，而且有助于促進(jìn)新組織的生長。

“（熔體靜電紡絲寫入）可以讓我們更加緊密地模仿大自然的方式來打造關(guān)節(jié)軟骨。”該論文的主要作者之一Dietmar W. Hutmacher教授稱，“這意味著我們要使用非常細(xì)的纖維組成的網(wǎng)絡(luò)來加固軟凝膠—蛋白聚糖或者是在我們的實(shí)驗(yàn)中使用的生物相容性水凝膠。”

Hutmacher和他的研究伙伴聲稱他們獲得了突破性的發(fā)現(xiàn)，這一成果具有廣泛的應(yīng)用前景。該研究團(tuán)隊(duì)的成員來自澳大利亞、德國、荷蘭和英國等國家。

“新的方法看起來不僅可以用于關(guān)節(jié)修復(fù)，同時(shí)也可以用于腫瘤切除術(shù)之后的乳房再造或者心臟組織工程�！盚utmacher說�！拔覀冎恍柙诩∠轮踩胫Ъ埽�經(jīng)過纖維增強(qiáng)的水凝膠可以促進(jìn)大量乳房組織、以及具有生物力學(xué)高負(fù)載特性的心臟瓣膜的再生。”

Hutmacher教授及其合作伙伴——來自TUM的Arndt Schilling教授、Jan-Thorsten Schantz博士、Elizabeth Balmayor博士，以及來自亞琛工業(yè)大學(xué)的Stefan Jockenhövel 教授和Petula Mela博士——宣稱，他們計(jì)劃把下一階段的研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)向乳腺組織工程和心臟瓣膜組織工程。