新西兰科学家在生物3D打印骨骼方面获新突破

    近日，爱尔兰的科学家们开发出了一种新技术，该技术可以3D打印出复杂的大型软骨植入物，这种植入物可以形成支架供骨骼再生。这支来自都柏林先进材料与生物工程研究（AMBER）中心的团队希望能够将该技术用于下一代的髋关节和膝关节植入物。

    科学家们这位，这项研究会对那些患有严重的脊髓、颌骨或颅骨问题的病人产生深远的影响，它的应用也将非常广泛，从普通损伤到癌症、甚至包括先天缺陷等。

图1 3D打印头骨

    从根本上说，这项新技术基本上先用生物材料和干细胞3D打印出植入物的模板，然后这些植入物会在皮下发展成血管化的骨组织。“对于组织和器官工程而言，这是一个全新的方法，我们非常激动。”该研究的负责人Daniel Kelly说，AMBER中心隶属于都柏林三一学院（Trinity College）。该项研究成果被发表在了《Advanced Healthcare Materials》杂志上，论文题目是《用于整个骨器官工程的可发展3D打印模板（3D Printing of Developmentally Inspired Templates for Whole Bone Organ Engineering）》

图2 Daniel Kelly

    据悉，全球每年有超过220万人需要某种形式的骨移植。而现在，骨移植的最好办法有两种，要么是自体移植，即从患者身体的其它部分截取骨骼进行植入；要么采用同种异体移植，也就是使用其他人捐献的骨骼。这两种办法都有自身的缺陷。

    其他方法还包括金属植入物，比如最近3D打印量身定制的钛金属植入物正在变得越来越流行。很多外科医生已经将钛金属用于相当大的植入物，包括换掉整个下巴等。其它还有一些在尝试使用软骨或者生物玻璃作为支架来刺激骨骼的再生。

    但是在新西兰的这项新研究远远超过了钛金属植入物的做法，它实际是使用我们自己的组织来修复骨骼。这将是一个质的飞跃。

    AMBER研究人员使用的方法包括用3D生物打印技术制造出软骨模板，后者已经被证明可能够辅助完成骨器官的生长。AMBER团队采用3D生物打印技术沉积不同的生物材料和成人干细胞以制造出可匹配脊柱内段形状的软骨模板，随后将模板植入皮肤下，在那里这些模板随着时间的推移发展成一个带有自身血管的全功能骨器官，这个过程跟人体自身骨骼的发育过程是一样的。

    “尽管这项技术已经被用于开发相对简单的组织，比如皮肤、血管和软骨等，但是要开发出更加复杂的带有血管的实体器官，比如骨骼等，仍然远远超出了现有生物技术的能力。”他说。

    “而我们的研究则为未来患有复杂的骨外伤和由于肿瘤切除导致大面积骨缺损的患者提供了真正的希望。此外，这种生物方法也可以用于开发下一代的生物植入物，以用于膝关节和髋关节置换。”

    “我们研究的下一阶段目标是治疗大段骨缺损，然后将该技术融入一个新的方案以生物打印新膝盖。”

    如果AMBER找到了一种可行的生物打印解决方案，也只是该研究中心一直在研究的诸多足以改变游戏规则的发现之一，比如上个月他们就披露了一种关于纳米线的研究，这种材料可以用于3D打印来创造出新型的锗锡合金，能使下一代智能手机效率提升125倍。

    除此之外，AMBER还在借助纳米技术和3D打印研究可以在几分钟内充电完成的更小、更高效的电池。Valeria Nicolosi教授领导该项目，并于最近获得了欧洲研究委员会（ERC）250万欧元的研究资助。AMBER正在迅速成为全球3D打印领域最引人注目的科研机构之一。