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科学家开发出可3D打印带有活细胞骨骼结构的新型墨水

来源:原创

发布时间:2021-01-25 16:10:01

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aau讯(编辑 吴昕烜)据外媒报道,悉尼新南威尔士大学的科学家们开发了一种陶瓷基墨水。未来,该材料可以让外科医生,这些活细胞可以用来修复受损的骨组织。

科学家们利用3D打印机部署了一种由磷酸钙组成的特殊墨水,开发了一种称为细胞悬浮液陶瓷全方位生物打印(coics)新技术,使它们能够打印骨骼状结构,当放置在水中时,几分钟内就会硬化。

 

新南威尔士大学化学学院的Iman Roohani博士说:“虽然3D打印模拟骨骼结构的想法并不新鲜,这是首次在室温下创建这种材料-充满活细胞-并且没有刺激性的化学物质或辐射。这是一项独特的技术,可以制造出非常接近骨组织的结构。它可以用于需要原位骨缺损修复的临床应用,比如那些由创伤、癌症或大块组织被切除造成的骨缺损。”

 

Roohani博士共同开发这一突破性技术的Kristopher Kilian副教授表示:“活细胞可以成为3D打印结构的一部分,再加上其便携性,使其在当前的最新技术上有了很大的进步。到目前为止,要制造一块类骨材料来修复病人的骨组织,首先需要进入实验室,然后使用高温熔炉和有毒化学物质来制造结构。

 

Kilian教授说:在这个过程中会产生一种干燥的材料,然后将其带入临床环境或实验室,在那里进行大量清洗,然后添加活细胞。这项技术最酷的地方是,您可以将其直接挤出到有细胞的地方,例如患者骨骼中的空腔。我们可以直接得到含有细胞、血管和脂肪的骨骼,并在该区域打印出已经含有活细胞的类骨结构。目前还没有技术可以直接做到这一点。

 

目前,该研究结果已于最近发表在《高级功能材料》杂志上,作者在论文中详细描述了他们如何在活细胞微凝胶基质中开发特殊墨水。

 

Roohani 博士说:“这种墨水利用了一种固化机制,通过在水性环境中对其成分进行局部纳米结晶,将无机墨水转化为机械连锁的骨磷灰石纳米晶体。换句话说,它形成的结构在化学上与骨骼构造块相似。墨水的配制方式使得该转化在生物环境中快速、无毒,并且墨水仅在暴露于体液时才开始转化,从而为最终用户(例如外科医生)提供了充足的工作时间。当墨水与含有活细胞的胶原蛋白结合时,它可以原位制造类骨组织,其可能适用于骨组织工程应用、疾病建模、药物筛选,以及骨和软骨缺损的原位重建。

Sara Romanazzo博士准备使用COBICS技术对一块骨头进行3D打印。照片:UNSW

 

基于此,外科医生和医疗技术制造商已经对此产生了浓厚的兴趣。Kilian教授说:虽然现在还处于早期阶段,但这种新的3D打印骨骼技术可能会为治疗和修复骨组织开辟一种全新的方式。这一进展确实为无数的机会铺平了道路,我们相信这些机会可以被证明是革命性的—从使用墨水在实验室中创建骨骼以进行疾病建模,作为牙齿修复的生物活性材料,再到指导患者的骨骼重建。未来我们可以想象需要骨移植的病人可以走进诊所,在那里对他们的骨骼解剖结构成像,转换为3D打印格式,然后用自己的细胞直接打印到空腔中。这有可能从根本上改变目前的治疗手法,减少病人的痛苦,并最终拯救生命。

 

接下来,两人将在动物模型上进行体内试验,看看类骨结构中的活细胞在植入现有骨组织后是否会继续生长。

 

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