微型3D列印結構助修復骨骼與軟組織

2020-08-17 DIGITIMES

作者：DIGITIMES陳明陽

美國俄勒岡健康與科學大學(OHSU)團隊開發類似樂高(Lego)積木的1.5毫米3D列印中空立方塊，可作為促進受損骨骼與軟組織再生的鷹架，修復效果比現有技術好，未來希望用於製作器官移植物。

據研究團隊領導人Luiz Bertassoni博士表示此3D列印的中空立方塊結構正在申請專利，能像樂高積木般堆棧出各種配置，幾乎可支持任何大小與複雜度的應用，合作開發與評估這項技術的團隊為OHSU、俄勒岡大學(University of Oregon)、泰國Mahidol University的研究人員。

整形外科醫師在修復複雜的骨折時，通常會植入金屬釘或金屬板以穩定骨頭，再嵌入具生物兼容性、內含有助癒合的藥粉或敷料的鷹架材料。OHSU新鷹架系統的獨特優勢在於能精準部署於最靠近受損骨骼與軟組織的位置，且可填充含有各種有助於促進再生的生長因子凝膠，就近發揮最佳修復效果。

3D列印中空立方塊的微型籠狀結構(Microcage)可填充生長因子，刺激適當的細胞類型在正確的位置與時間生長以促進再生。每個3D列印的中空立方塊內都可依需求填充不同的生長因子，因此能更準確且快速的修復特定骨骼與軟組織。OHSU實驗發現相較於傳統鷹架材料，新鷹架系統可增加老鼠受損骨頭的血管再生3倍。

研究團隊認為3D列印的中空立方塊促進骨頭癒合的技術，有潛力應用於因癌症治療而被切除的骨頭、脊椎融合手術、植牙手術前強化不夠穩固的顎骨。而改變3D列印材料的組成，則可望用於軟組織的再生或修復。OHSU團隊將進行更大量的研究，探索3D列印的中空立方塊用於製作移植用器官的可行性。

模塊化的3D列印中空立方塊可彈性組合滿足不同應用需求，研究團隊發現當以4×4×4方式堆棧成一個單元，可進一步兜出超過2.9萬種不同配置的結構。OHSU研究團隊將持續改善修復骨骼的成效，並規劃測試應用於老鼠與較大型動物更複雜骨折的癒合能力。這項研究已於2020年7月23日發表在先進材料(Advanced Materials)期刊。

OHSU這項研究是由美國國家牙科與顱面研究所(NIDCR)、國家轉化科學促進中心(NCATS)、Michigan-Pittsburgh-Wyss Resource Center再生醫療研究中心(RMRC)、OHSU Fellowship for Diversity and Inclusion in Research提供支持。

相關焦點

  • 研究人員利用3D列印製造微型樂高式「骨磚」
    2020年7月27日，白令三維從外國媒體獲悉，受這種樂高玩具的啟發，科學家開發了一種類似樂高木製玩具的生物支持，能夠更好地修復骨折和修復受損的器官組織。俄勒岡健康與科學大學（ohsu）的研究人員擁有3d的微型樂高式「骨磚」，可以治癒骨折。 研究人員的微型空心磚只有跳蚤的大小，可以用作支架，硬和軟組織都可以再次生長。
  • 樂高式的堆積生物骨架:3D列印的微籠技術改善骨折與器官組織修復
    美國和泰國的科學家發現，通過設計了3D列印的微小磚塊可以幫助硬組織和軟組織再生，從而修復骨折的骨頭，其方式要比醫生目前使用的方法更好。複雜的骨折通常用金屬棒或金屬板以及用作支架材料的粉末或糊劑固定。該微型立方體支架稱為「微籠」（microcage），可以堆疊在一起以修復斷裂的骨頭。通常由生物相容性聚合物製成，所謂的生物支架通常以3D列印在一個固體塊中，或以凝結成固體的凝膠形式注入。接下來，插入填充有促進癒合的粉末或糊劑的生物相容性支架材料。
  • AM:血管化軟組織的生物3D列印
    UCLA的Nasim Annabi團隊將重組人滋養蛋白作為一種高生物相容性和彈性的生物墨水用於複雜軟組織的3D列印。以光聚合含有不同類型細胞的生物列印結構(Figure1D)。力學測試表明，MeTro的加入增加了複合水凝膠的殘餘量。可以修改以實現類似軟組織的力學，並可以支持細胞粘附和增殖，如Figure1（E-J）。圖1 GelMA/MeTro複合水凝膠的合成與力學性能研究在本研究中，使用冷水魚明膠作為犧牲材料，以增強設計生物墨水的可列印性。
  • 貝勒醫學院《先進材料》3D生物列印-軟組織修復可炎症調節PVA支架
    【科研摘要】迫切需要臨床開發用於軟組織修復的炎症調節聚合物支架，以減少術後併發症。然而，用於疝修復的護理軟組織修復網的當前標準是高度發炎的，並且引發失調的炎症過程，引起內臟粘連和術後併發症。最近，美國貝勒醫學院Crystal S.
  • 3D列印微籠技術改善骨折與器官組織修復
    該研究團隊開發了一種新的支架組裝系統，該系統利用了以剛性、中空和可堆疊的微型微籠模塊形式製造的3D印刷支架，類似於玩具互鎖積木(如樂高)的特徵，通過直觀的手動組裝過程，可以輕鬆、可擴展地配置複雜的幾何形狀。設計這種具有中空特徵的支架的能力能夠讓不同成分的材料可控得裝載，從而製造具有空間限定的指示性提示的支架。
  • 幹細胞+3D列印,修復受損「丁丁」|3d列印|修復|陰莖海綿體|...
    換言之，這類患者的陰莖修復後外觀上無異，但硬度卻不行了。陰莖海綿體呈「多孔」結構，損傷後很難修復。幹細胞+3D列印讓受損海綿體再生修復隨著3D列印技術的興起，研究人員想到，可否藉助3D列印技術重建海綿體，「列印」出一模一樣的海綿體？
  • 2020年中國3D列印材料行業市場現狀及發展前景分析 未來金屬3D列印...
    未來金屬3D列印材料將迎來新爆發期經過30多年的發展，3D列印技術不斷完善，目前已形成了3D生物列印、有機材料列印、金屬列印等多種列印模式，我國3D列印材料仍以工程塑料為主。2019年7月，主營業務為金屬列印的鉑力特在科創板上市，前瞻預計未來金屬3D列印材料將迎來新的爆發期。
  • 幹細胞+3D列印居然能修復它……
    「丁丁」受損了居然可以再生修復？沒錯，廣州醫科大學附屬第三醫院生殖醫學中心安庚教授團隊參與的一項科學研究證實了這一可能性。 據廣醫三院介紹，該研究全球首次利用幹細胞+3D列印技術成功修復男性生殖器海綿體缺損，不過這次修復的是缺損的兔子海綿體，恢復了其勃起功能，助其順利生育出小兔子。
  • 幹細胞+3D列印,修復受損「丁丁」
    換言之，這類患者的陰莖修復後外觀上無異，但硬度卻不行了。陰莖海綿體呈「多孔」結構，損傷後很難修復。幹細胞+3D列印讓受損海綿體再生修復隨著3D列印技術的興起，研究人員想到，可否藉助3D列印技術重建海綿體，「列印」出一模一樣的海綿體？
  • 俄羅斯發現1萬多年前猛獁象骨骼及軟組織
    （原標題：俄羅斯發現1萬多年前猛獁象骨骼及軟組織）俄羅斯發現1萬多年前猛獁象骨骼及軟組織（來源：網易）近日，科學家們在俄羅斯西伯利亞北部的一湖泊中，發現了長毛猛獁象的部分頭骨、肋骨、前腿骨骼還有一些軟組織
  • 揭秘鐵道大學「3D列印實驗室」 能「修復」鐵軌
    原標題：揭秘鐵道大學「3D列印實驗室」 能「修復」鐵軌 　　國慶前夕，天安門花展首用3D列印大花籃，可抗10級大風……3D列印的精彩表現，成為國人眼前一道亮麗的風景線。而石家莊鐵道大學的「3D列印聯合實驗室」，利用3D列印技術「列印」修復鐵路鋼軌，甚至能更加精確「列印」檢測胎兒缺陷。
  • 3D列印恐龍骨骼在英國多塞特郡博物館展出，備受關注
    3D列印和雷射掃描被視為創建原始樣本模型的安全且更具成本效益的方式，因為它能在最大限度上避免先製作表面模具再進行鑄模，從而消除觸摸物體的風險。 3D列印專家使用21世紀新技術「歐洲雷射原型」，又一次讓侏羅紀時期的恐龍重現在了大家面前。
  • 新型生物玻璃材料 可3D列印且能自我修復
    生物玻璃是一種神奇的人工材料，具有良好的韌性、生物兼容性和生物降解性，能與天然生物組織形成鍵合作用，所以能起到修復甚至替代天然組織
  • 中國學者革新3D生物列印，支架孔徑達到細胞水平
    自 2003 年美國克萊姆森大學團隊首次實現了活細胞列印，將 3D 生物列印研究推到前臺，科學家已經對該技術的應用前景進行了大膽展望，其中最具野心的預測，就是未來人體器官可以像汽車零配件一樣，磨損了可修復，損壞了可替換。3D 生物列印，正是提供這些人體「配件」的加工方式。
  • 3D列印藝術:這5種3D列印方式推動藝術創意的新方向
    1.使不可能的設計成為可能準確地呈現複雜設計的能力是3d列印的最大優點之一。例如，它已經徹底改變了珠寶市場。這只是開始。其他還有像執行器、LED和音頻設備這樣的元件可以嵌入到具有新響應度的3D列印藝術作品的結構中。
  • 生物3D列印技術「列印」出微型腎臟
    一個國際研究團隊通過使用一種新生物3D列印技術，在實驗室內可以快速「列印」出大量微型腎臟類器官，未來有望應用於人體器官移植的相關研究，最終實現用人造腎臟為嚴重腎病患者進行器官移植。 這一新技術由澳大利亞默多克兒童研究所和美國生物技術公司奧加諾沃主導開發。
  • 類人類骨骼結構3D列印建築材料
    康奈爾大學，普渡大學和凱斯西儲大學所組成的一個團隊認為，通過研究骨骼的內部結構，我們可以從中學習，為建築物和其他結構創建更為堅固的3D列印材料。」這些梁（也稱為小梁）在骨骼中形成垂直的板狀支撐杆和水平的杆狀支撐杆。在《美國國家科學院院刊》上發表的一項研究提出，水平支撐杆可以增加骨骼的疲勞壽命。
  • 研究人員:開發了一種用於3D列印新型生物油墨
    【PConline 資訊】來自內布拉斯加州林肯大學，麻薩諸塞綜合醫院和麻省理工學院的研究人員組成的團隊開發了一種新型生物油墨用於3D列印，其中包含富含血小板的血漿。這可以讓生物3D列印的組織具有改善的癒合性能。
  • 預見2021:《2021年中國3D列印材料產業全景圖譜》(附發展現狀...
    3D列印材料是3D列印產業中不可或缺的一部分，3D列印材料技術水平直接影響到3D列印產業的發展。多方因素助力3D列印材料行業發展，我國3D列印材料市場規模不斷壯大，在3D列印行業中的比重也水漲船高。由於3D列印在裝備製造業中應用較廣，金屬類3D列印材料的需求也變得越來越大，未來我國3D列印材料行業將逐一解決行業發展痛點，不斷向更高質量，更嚴標準，更多產品的方向發展。
  • 對3D列印技術的原理及其在骨科的應用發展進行概述
    目前最常見且與骨科直接相關的成型方法包括： 圖1  常見骨科3d列印成型方法 目前供3D印表機使用的材料逐漸增多，包括膠原、殼聚糖等天然醫用材料 在骨關節損傷的修復中經常需要使用到假體和內植物。 促進骨長入的形成可最大限度地延長假體壽命，而3D列印技術在製作有利於骨長入的多孔植入物材料方面較傳統方法存在優勢。 常見的很多植入物均採用磷酸三鈣材料，在多孔的磷酸三鈣支架中混入氧化鎂或氧化鍶將更加有利於骨骼的生長。也有研究證明，多孔鈦合金植入物具有很好的骨長入能力，能促進假體-骨界面的骨性癒合，從而延長假體使用壽命。