怎么樣才能3D打印骨骼？幾年前，如果您向人們（甚至包括許多研究人員）問(wèn)出這個(gè)問(wèn)題的話(huà)，他們可能會(huì)很奇怪的看著您。而今天我們已經(jīng)知道了：3D打印骨骼需要將可吸收的材料（比如可生物降解的聚合物）和一種無(wú)機(jī)生物活性材料（比如陶瓷等）相結(jié)合起來(lái)。
在西班牙馬德里康普頓斯大學(xué)，由Maria Vallet-Regí教授領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)最近證實(shí)，如果將碳納米管加入上述混合物中，從而在骨組織里形成一個(gè)3D電路網(wǎng)絡(luò)的話(huà)，其實(shí)可以刺激骨細(xì)胞的再生。為了證明這一點(diǎn)，他們與阿威羅大學(xué)（葡萄牙）合作，使用一臺(tái)EnvisionTEC公司的3D—Bioplotter生物支架3D打印機(jī)進(jìn)行了試驗(yàn)，并將結(jié)果發(fā)表在了《Journal of Biomedical Materials Research》雜志上。
在這次試驗(yàn)中，研究人員使用的聚合物是相當(dāng)容易3D打印的材料，并且經(jīng)FDA批準(zhǔn)開(kāi)用于植入物的：聚己內(nèi)酯（PCL)，而相應(yīng)的陶瓷相材料則是羥磷灰石，一種常見(jiàn)的鈣類(lèi)礦物。
“如今，磷酸鈣、玻璃和聚合物被廣泛應(yīng)用于組織工程中的骨再生和生物相容性功能材料，因?yàn)樗鼈兣c天然的骨組織非常相似。”該項(xiàng)目的首席研究員 Mercedes Vila說(shuō)，“這些類(lèi)型的材料就經(jīng)過(guò)了不同成型方法的設(shè)計(jì)以獲得所需形狀和大小的植入件和支架。”
而將碳納米管（或CNT）加入到可生物打印的材料混合物可以在生物支架中創(chuàng)造一個(gè)立體導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)將這種支架植入受損的骨部位時(shí)，可以起到刺激的作用。”這樣做的原因，Mercedes解釋說(shuō)，是現(xiàn)代技術(shù)可以將堅(jiān)固性的材料與智能系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)可以對(duì)外界刺激做出反應(yīng)，從而加速骨整合（骨再生）過(guò)程。CNT是用單原子厚的石墨烯片卷起來(lái)所形成的非常長(zhǎng)的細(xì)絲，其直徑僅幾納米。
Mercedes指出：“某些類(lèi)型的細(xì)胞行為，如粘附和分化，會(huì)受到電刺激的影響。 因此，在材料表面上創(chuàng)造一個(gè)正的或負(fù)的永久電荷，或者一個(gè)直接電刺激可以促進(jìn)將帶電離子從環(huán)境中吸引到細(xì)胞上。這會(huì)改變他們的蛋白質(zhì)吸附，并對(duì)細(xì)胞的代謝活動(dòng)產(chǎn)生后續(xù)影響。因此，在植入生物材料之后使用電刺激可以有利于細(xì)胞粘附和分化，最終加速了骨整合的過(guò)程。”
這基本上意味著，如果將導(dǎo)電碳納米管加入3D打印的骨植入物中，可以刺激骨細(xì)胞的再生長(zhǎng)。當(dāng)然，現(xiàn)在僅僅是在體外和細(xì)胞水平上得到了證明，但前進(jìn)的道路是明確的。而且，將碳納米管用于生物打印不會(huì)產(chǎn)生任何其它的問(wèn)題，，因?yàn)樗鼈兪侨绱酥。梢苑浅Ｗ匀绲赝ㄟ^(guò)任何氣動(dòng)注射器。實(shí)際上，這一技術(shù)最大難題往往出現(xiàn)在如何找到CPL與羥基磷灰石混合物的最合適粘度。
“尋找的合適粘度，使其既能夠通過(guò)注射器，同時(shí)又能保持足夠的牢固性，以在室溫狀態(tài)下獲得3D打印的支架，是相當(dāng)復(fù)雜的。”Mercedes承認(rèn)，“而且，一旦PCL和羥基磷灰石混合在一起，再加入CNT并使它們適當(dāng)?shù)姆稚⑿枰L(zhǎng)時(shí)間的攪拌。”
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