供稿人:李芝 賀健康 發(fā)布日期：2018-09-07
隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，人們不再滿足于用3D打印技術(shù)打印玩具、醫(yī)用模型、建筑等方面，目前各國(guó)的科學(xué)家都渴望通過生物3D打印技術(shù)人工制造組織、甚至器官，但是這一愿景面臨重重困難。但是目前中國(guó)科學(xué)院的一個(gè)團(tuán)隊(duì)在三維生物打印制造人工類組織方面取得了新進(jìn)展。
研究團(tuán)隊(duì)通過生物打印優(yōu)化設(shè)計(jì)及誘導(dǎo)型生物墨水的研發(fā)，構(gòu)筑了精確排布成骨細(xì)胞的“活”類骨組織。制造的“活”人工骨，不僅可以維持細(xì)胞短時(shí)間的高存活率（24小時(shí)內(nèi)大于95%），并能實(shí)現(xiàn)細(xì)胞長(zhǎng)時(shí)間的體內(nèi)外功能化，促進(jìn)新骨再生。
將成體細(xì)胞或干細(xì)胞與生物材料復(fù)合作為生物打印墨水，制造具有功能的人工組織與器官是組織修復(fù)再生的研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)。然而，如何維持通過三維打印后活體細(xì)胞的短期活性，并實(shí)現(xiàn)三維打印人工類組織在體內(nèi)外的長(zhǎng)期功能化，是限制三維生物制造研究應(yīng)用的瓶頸。阮長(zhǎng)順課題組從事三維生物打印及生物材料墨水的相關(guān)研究，先后探索生物材料降解性能調(diào)控細(xì)胞行為和三維打印構(gòu)建高強(qiáng)度納米復(fù)合水凝膠的人工骨組織研究。
研究中，科學(xué)家團(tuán)隊(duì)搭建了一種多通道、常溫成型的三維生物制備系統(tǒng)（見圖1）?；谠撈脚_(tái)，通過材料優(yōu)化構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)用活性的高強(qiáng)度水凝膠/納米硅鎂鹽復(fù)合生物墨水構(gòu)建穩(wěn)固的骨修復(fù)支架支撐體系（第一通道）和以生物相容性優(yōu)異的透明質(zhì)酸包裹均勻分散的成骨細(xì)胞為維持細(xì)胞存活體系（第二通道）。兩通道交替打印，實(shí)現(xiàn)含細(xì)胞的“活”人工骨組織（見圖2）。前期透明質(zhì)酸提供細(xì)胞保護(hù)，維持高細(xì)胞存活率和精確排布。后期支撐體系釋放骨修復(fù)活性離子（鎂，硅離子等），促進(jìn)細(xì)胞分化和功能化。
圖1 生物3D打印機(jī)（左）及生物3D打印的頜骨和耳朵（右）
圖2 雙通道生物3D打印系統(tǒng)用于生物3D打印的方法
進(jìn)一步體內(nèi)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)，這種“活”類骨組織，不僅具有在骨缺損部位良好的修復(fù)能力，還能實(shí)現(xiàn)異位新骨生成（見圖3）。因此，該研究將推動(dòng)三維生物制造技術(shù)在組織修復(fù)再生中的應(yīng)用。
圖3 生物3D打印人工“活”類骨組織示意圖及體外、內(nèi)結(jié)果