近日，一篇發(fā)表在國(guó)際雜志Advanced Functional Materials上題為“Synthetic Bone‐Like Structures Through Omnidirectional Ceramic Bioprinting in Cell Suspensions”的研究報(bào)告中，來(lái)自新南威爾士大學(xué)等機(jī)構(gòu)的科學(xué)家們通過(guò)研究開(kāi)發(fā)出了一種基于陶瓷的墨水，未來(lái)有望幫助外科醫(yī)生打印出能鞋底啊活細(xì)胞的3D骨骼部分，而這些活細(xì)胞能被用來(lái)修復(fù)損傷的骨組織。

文章中，研究人員使用了一種由磷酸鈣組成的特殊墨水的3D打印機(jī)進(jìn)行開(kāi)發(fā)出了一種新技術(shù)—細(xì)胞懸浮液中的陶瓷全向生物打印技術(shù)（COBICS，ceramic omnidirectional bioprinting in cell-suspensions），該技術(shù)能幫助他們打印出骨骼樣結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)在水中放置幾分鐘后就會(huì)被硬化。盡管3D打印仿骨結(jié)構(gòu)的想法并不新鮮，但這是研究人員首次在室溫下創(chuàng)建攜帶活細(xì)胞的材料。

圖片來(lái)源：University of New South Wales

研究者Iman Roohani說(shuō)道，這是一種獨(dú)特的技術(shù)，其能夠產(chǎn)生高度模擬骨骼組織的結(jié)構(gòu)；這些骨骼組織能被用于對(duì)骨骼缺失的原位修復(fù)有大量需求的臨床應(yīng)用中，比如因創(chuàng)傷、癌癥或切除等所造成的骨缺陷。活細(xì)胞作為3D打印結(jié)構(gòu)的一部分，在上其便攜性，這或許就會(huì)有望成為目前最先進(jìn)技術(shù)的一大進(jìn)展；截止到目前為止，制作一塊類似于骨質(zhì)的材料來(lái)修復(fù)患者的骨組織，需要首先進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室使用高溫熔爐和有毒的化學(xué)物質(zhì)來(lái)鍛造結(jié)構(gòu)。這就能夠產(chǎn)生一種干燥的材料，然后將其帶入臨床環(huán)境或?qū)嶒?yàn)室中，在這兩種環(huán)境中研究人員會(huì)對(duì)材料進(jìn)行大量清洗并將活細(xì)胞添加到其中。

研究者指出，這項(xiàng)技術(shù)讓大家覺(jué)得不可思議的是，你可以直接將其擠壓到任何有細(xì)胞的地方，比如患者骨質(zhì)腔中，這樣其就能直接進(jìn)入有細(xì)胞、血管和紙質(zhì)的骨頭里，隨后能打印出一個(gè)已經(jīng)含有活細(xì)胞的骨質(zhì)樣結(jié)構(gòu)。文章中，研究人員描述了他們?nèi)绾卧诤谢罴?xì)胞的微凝膠機(jī)制中開(kāi)發(fā)出這種特殊墨水。墨水能通過(guò)其組分在水環(huán)境中的局部納米結(jié)晶，利用定型的機(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)，其能夠形成一種類似于骨骼建筑模塊的化學(xué)結(jié)構(gòu)，墨水中的配方就能使其在生物環(huán)境中的轉(zhuǎn)化速度加快而且五毒；而且只有當(dāng)墨水暴露于在提體液中時(shí)才會(huì)被啟動(dòng)，并能為終端用戶（比如外科醫(yī)生）提供充足的工作時(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)，其就能夠原位制造骨樣組織，而這或許適用于多個(gè)研究領(lǐng)域，比如骨組織工程應(yīng)用、疾病模型、藥物篩選、骨及骨軟骨缺陷的原位重建。目前有外科醫(yī)生和醫(yī)療技術(shù)制造商對(duì)此非常感興趣，盡管還處于早期研究階段，但這種新型的骨打印工藝或有望為治療和修復(fù)骨組織提供一種全新的視野。

研究者Kilian說(shuō)道，這一研究進(jìn)展為眾多的研究機(jī)會(huì)鋪平了道路，我們相信這或有望帶來(lái)變革型的研究進(jìn)展，即從使用墨水在實(shí)驗(yàn)室中制造骨質(zhì)用于疾病建模，作為生物活性材料進(jìn)行牙齒修復(fù)，到直接在患者機(jī)體中進(jìn)行骨骼重建；未來(lái)有一天，需要進(jìn)行骨移植的患者就能夠走進(jìn)診所，其機(jī)體的骨骼解剖結(jié)構(gòu)也能被成像，并翻譯到3D打印機(jī)上，且能直接用自己的細(xì)胞打印到腔體中。這或許就能從根本上改變目前研究人員的治療手段，減輕患者的痛苦，以及最終挽救患者的生命；下一步研究人員將會(huì)在動(dòng)物模型中進(jìn)行體內(nèi)測(cè)試，來(lái)分析是否骨樣結(jié)構(gòu)中的活細(xì)胞能在植入到現(xiàn)有的骨組織中后繼續(xù)生長(zhǎng)。（生物谷Bioon.com）

參考資料：

【1】Sara Romanazzo，Thomas Gregory Molley，Stephanie Nemec， et al. Synthetic Bone‐Like Structures Through Omnidirectional Ceramic Bioprinting in Cell Suspensions， Advanced Functional Materials (2021). DOI：10.1002/adfm.202008216

【2】Scientists use a novel ink to 3-D print bone with living cells

by University of New South Wales