美國科學家開發新型生物墨水,能直接「列印」出骨組織

2020-12-16 前瞻網

3D列印技術不僅能用於工業，在醫學上也有廣泛的應用前景。此前，許多科學家已經在研究利用3D列印技術直接「列印」出人體組織。

近日，Akhilesh K. Gaharwar博士，一名副教授，已經開發出一種高度可列印的生物墨水，作為生成解剖級功能組織的平臺。

這項研究最近發表在美國化學學會的《應用材料與界面》雜誌上。

生物列印是一種新興的增材製造方法，它利用水凝膠等生物材料，將它們與細胞和生長因子結合，然後列印出模擬自然組織的組織樣結構。

這項技術的一個應用可能是設計針對病人的骨移植，這一領域正引起研究人員和臨床醫生的興趣。

通過傳統的治療方法處理骨質缺損和損傷往往是緩慢和昂貴的。

Gaharwar說，發展替代骨組織可以為患有關節炎、骨折、牙齒感染和顱面缺陷的病人創造令人興奮的新療法。

生物列印技術需要充滿細胞的生物材料，它們可以像液體一樣通過噴嘴流動，但幾乎一沉積下來就會凝固。

這些生物墨水需要同時作為細胞載體和結構成分，要求它們高度可列印，同時提供一個穩定的、對細胞友好的微環境。

然而，目前的生物油墨缺乏足夠的生物相容性、印刷性、結構穩定性和組織特異的功能以將這項技術應用於臨床前和臨床應用。

為了解決這個問題，Gaharwar的研究小組正在努力開發先進的生物墨水，即納米工程離子-共價糾纏(NICE)生物油墨。

NICE生物墨水是兩種加固技術(非加固技術和離子共價網絡技術)的結合，它們共同提供更有效的加固，從而形成更堅固的結構。

一旦生物印刷完成，充滿細胞的NICE網絡交聯形成更堅固的支架。

這項技術使該實驗室能夠對人體部分進行全面的、細胞友好的重建，包括耳朵、血管、軟骨甚至骨骼部分。

生物印刷後不久，封閉的細胞開始沉積富含軟骨樣細胞外基質的新蛋白，隨後在三個月內鈣化形成礦化骨。

幾乎5%的列印支架由鈣構成，類似於松質骨，松質骨是脊椎骨骼中常見的海綿狀組織網絡。

為了了解這些生物列印的結構如何誘導幹細胞分化，使用了一種被稱為全轉錄組測序(RNA-seq)的下一代基因組技術。RNA-seq在特定時刻捕捉細胞內所有遺傳信息的快照。

該團隊與德州農工大學健康科學中心的Irtisha Singh博士一起工作，後者是該團隊的聯合調查員。

Gaharwar說:「3D生物列印的下一個裡程碑是生物列印構建體在功能組織生成方面的成熟。」

「我們的研究表明，我們實驗室開發的NICE生物墨水可以用來製造3d功能性的骨組織。」在未來，Gaharwar的團隊計劃展示3d生物列印骨組織的體內功能。

此前，加州大學伯克利分校研究人員展示了一種新技術，能夠在平面上快速列印多達10種不同類型的細胞或蛋白質的複雜圖案。

加拿大的一組研究人員則已經成功地試驗了一種新的手持3D皮膚印表機，這種印表機可以通過直接在傷口上「列印」新的皮膚細胞來治療嚴重的燒傷。

編譯/前瞻經濟學人APP資訊組

原文來源：

https://www.sciencedaily.com/releases/2020/05/200519140407.htm

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