近日，一篇發表在國際雜志Advanced Functional Materials上題為“Synthetic Bone‐Like Structures Through Omnidirectional Ceramic Bioprinting in Cell Suspensions”的研究報告中，來自新南威爾士大學等機構的科學家們通過研究開發出了一種基于陶瓷的墨水，未來有望幫助外科醫生打印出能鞋底啊活細胞的3D骨骼部分，而這些活細胞能被用來修復損傷的骨組織。
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打印機進行開發出了一種新技術—細胞懸浮液中的陶瓷全向生物打印技術（COBICS，ceramic omnidirectional bioprinting in cell-suspensions），該技術能幫助他們打印出骨骼樣結構，這種結構在水中放置幾分鐘后就會被硬化。盡管3D打印仿骨結構的想法并不新鮮，但這是研究人員首次在室溫下創建攜帶活細胞的材料。
圖片來源：University of New South Wales
研究者Iman Roohani說道，這是一種獨特的技術，其能夠產生高度模擬骨骼組織的結構；這些骨骼組織能被用于對骨骼缺失的原位修復有大量需求的臨床應用中，比如因創傷、癌癥或切除等所造成的骨缺陷。活細胞作為3D打印結構的一部分，在上其便攜性，這或許就會有望成為目前最先進技術的一大進展；截止到目前為止，制作一塊類似于骨質的材料來修復患者的骨組織，需要首先進入實驗室使用高溫熔爐和有毒的化學物質來鍛造結構。這就能夠產生一種干燥的材料，然后將其帶入臨床環境或實驗室中，在這兩種環境中研究人員會對材料進行大量清洗并將活細胞添加到其中。
研究者指出，這項技術讓大家覺得不可思議的是，你可以直接將其擠壓到任何有細胞的地方，比如患者骨質腔中，這樣其就能直接進入有細胞、血管和紙質的骨頭里，隨后能打印出一個已經含有活細胞的骨質樣結構。文章中，研究人員描述了他們如何在含有活細胞的微凝膠機制中開發出這種特殊墨水。墨水能通過其組分在水環境中的局部納米結晶，利用定型的機制，將無機墨水轉化為機械互鎖的骨磷灰石納米晶體。
換句話說，其能夠形成一種類似于骨骼建筑模塊的化學結構，墨水中的配方就能使其在生物環境中的轉化速度加快而且五毒；而且只有當墨水暴露于在提體液中時才會被啟動，并能為終端用戶（比如外科醫生）提供充足的工作時間。當墨水與含有活細胞的膠原物質相結合時，其就能夠原位制造骨樣組織，而這或許適用于多個研究領域，比如骨組織工程應用、疾病模型、藥物篩選、骨及骨軟骨缺陷的原位重建。目前有外科醫生和醫療技術制造商對此非常感興趣，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骨組織提供一種全新的視野。
研究者Kilian說道，這一研究進展為眾多的研究機會鋪平了道路，我們相信這或有望帶來變革型的研究進展，即從使用墨水在實驗室中制造骨質用于疾病建模，作為生物活性材料進行牙齒修復，到直接在患者機體中進行骨骼重建；未來有一天，需要進行骨移植的患者就能夠走進診所，其機體的骨骼解剖結構也能被成像，并翻譯到3D打印機上，且能直接用自己的細胞打印到腔體中。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在動物模型中進行體內測試，來分析是否骨樣結構中的活細胞能在植入到現有的骨組織中后繼續生長。（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
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