科學(xué)家使3D打印更加接近天然軟骨組織

allago   2016-06-28 13:24:31

一種使用成股的軟骨替代物做墨水的3D生物打印技術(shù)有朝一日可能會(huì)為磨損關(guān)節(jié)制造出軟骨“補(bǔ)丁”,來(lái)自賓夕法尼亞州立大學(xué)(Penn-State-University)的一隊(duì)科學(xué)家如是說(shuō)。

“我們的目標(biāo)是創(chuàng)建出可以用于替換大量磨損組織或者可以用于設(shè)計(jì)補(bǔ)丁的組織。”該校工程科學(xué)與機(jī)械學(xué)助理教授Ibrahim-T-Ozbolat稱,“尤其是那些患有骨關(guān)節(jié)炎的患者們,經(jīng)常要忍受巨大痛苦,我們需要為此找到一種新的替代治療方法?!?/span>

對(duì)于那些希望擴(kuò)展生物打印技術(shù)的科學(xué)家們來(lái)說(shuō),軟骨是一種很好的目標(biāo)組織,因?yàn)樗挥幸环N細(xì)胞類型,而且組織內(nèi)沒(méi)有血管。不過(guò)它也是無(wú)法自我修復(fù)的組織,軟骨一旦損壞,就無(wú)法恢復(fù)。

在以前,科學(xué)家們關(guān)于培育軟骨的嘗試是從將細(xì)胞植入水凝膠(一種聚合物鏈組成的物質(zhì),90%的成分是水)開(kāi)始的,這種水凝膠可以作為支架用于生長(zhǎng)組織。

為此,Ozbolat和他的研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出了一種方法,無(wú)需使用支架即可制造出更大規(guī)模的組織。他們創(chuàng)建了一個(gè)很小的直徑僅為百分之三到百分之五英寸藻酸鹽(一種海藻萃取物)制成的管??茖W(xué)家們將軟骨細(xì)胞注入管中,使他們?cè)谄渲猩L(zhǎng)一個(gè)星期左右,導(dǎo)致彼此粘連起來(lái)。由于細(xì)胞不會(huì)粘到海藻上,他們可以將這個(gè)管子去除掉,留下一股(或者一縷)軟骨??茖W(xué)家們?cè)谄渥钚乱黄诘摹禨cientific-Reports》上報(bào)告了他們的研究成果。

最后,研究人員將成股的軟骨代替生物墨水用于3D生物打印,這種3D生物打印機(jī)使用了專門設(shè)計(jì)的原型噴嘴,可以擠出這種軟骨“線材”。這種3D打印機(jī)可以根據(jù)研究人員的需要將這些軟骨“線材”鋪成任何圖案。大約半小時(shí)后,等這些軟骨補(bǔ)丁相互之間有了足夠的粘結(jié)力,并可以移到培養(yǎng)皿中之后,研究人員再把它們放在營(yíng)養(yǎng)液里,使它們能夠進(jìn)一步融合成一塊單一的組織。最終,這些成條的軟骨“3D打印線材”會(huì)充分連接和融合在一起。

“我們可以按照任何需要的長(zhǎng)度制造出這些成股的軟骨?!監(jiān)zbolat說(shuō):“因?yàn)闆](méi)有支架,這個(gè)打印軟骨的過(guò)程是可擴(kuò)展的,所以我們可以獲得比較大的補(bǔ)丁。我們可以通過(guò)垂直打印這些“線材”來(lái)模仿真實(shí)的關(guān)節(jié)軟骨,或者橫向來(lái)模仿自然的結(jié)構(gòu)?!?/span>

最終研究團(tuán)隊(duì)制造出來(lái)的人工牛軟骨非常類似于原生的牛軟骨。盡管其力學(xué)性能還是不如那些天然軟骨,但是比使用水凝膠做支架的軟骨要強(qiáng)。不過(guò)需要指出的是,天然軟骨是在關(guān)節(jié)的壓力環(huán)境中形成的,因此Ozbolat認(rèn)為,如果對(duì)人工軟骨施加機(jī)械壓力將改善其力學(xué)性能。

另外,科學(xué)家們稱這一過(guò)程也可以用于制造人體內(nèi)的軟骨,材料來(lái)源包括人體內(nèi)現(xiàn)有的軟骨或者通過(guò)干細(xì)胞分化為軟骨細(xì)胞。

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