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。但是目前中國科學(xué)院的一個團隊在三維生物打印制造人工類組織方面取得了新進展。
研究團隊通過生物打印優(yōu)化設(shè)計及誘導(dǎo)型生物墨水的研發(fā)，構(gòu)筑了精確排布成骨細胞的“活”類骨組織。制造的“活”人工骨，不僅可以維持細胞短時間的高存活率（24小時內(nèi)大于95%），并能實現(xiàn)細胞長時間的體內(nèi)外功能化，促進新骨再生。
將成體細胞或干細胞與生物材料復(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)再生的研究熱點和發(fā)展趨勢。然而，如何維持通過三維打印后活體細胞的短期活性，并實現(xiàn)三維打印人工類組織在體內(nèi)外的長期功能化，是限制三維生物制造研究應(yīng)用的瓶頸。阮長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)控細胞行為和三維打印構(gòu)建高強度納米復(fù)合水凝膠的人工骨組織研究。
研究中，科學(xué)家團隊搭建了一種多通道、常溫成型的三維生物制備系統(tǒng)（見圖1）?；谠撈脚_，通過材料優(yōu)化構(gòu)建，實現(xiàn)用活性的高強度水凝膠/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胞為維持細胞存活體系（第二通道）。兩通道交替打印，實現(xiàn)含細胞的“活”人工骨組織（見圖2）。前期透明質(zhì)酸提供細胞保護，維持高細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），促進細胞分化和功能化。
圖1 生物3D打印機（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
進一步體內(nèi)動物實驗證實，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，還能實現(xiàn)異位新骨生成（見圖3）。因此，該研究將推動三維生物制造技術(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