科学家有望利用新型墨水3D打印出含有活细胞的骨组织！

近日，一篇发表在国际杂志Advanced Functional Materials上题为“Synthetic Bone‐Like Structures Through Omnidirectional Ceramic Bioprinting in Cell Suspensions”的研究报告中，来自新南威尔士大学等机构的科学家们通过研究开发出了一种基于陶瓷的墨水，未来有望帮助外科医生打印出能携带活细胞的3D骨骼部分，而这些活细胞能被用来修复损伤的骨组织。

文章中，研究人员使用了一种由磷酸钙组成的特殊墨水的3D打印机进行开发出了一种新技术—细胞悬浮液中的陶瓷全向生物打印技术（COBICS，ceramic omnidirectional bioprinting in cell-suspensions），该技术能帮助他们打印出骨骼样结构，这种结构在水中放置几分钟后就会被硬化。尽管3D打印仿骨结构的想法并不新鲜，但这是研究人员首次在室温下创建携带活细胞的材料。

图片来源：University of New South Wales

研究者Iman Roohani说道，这是一种独特的技术，其能够产生高度模拟骨骼组织的结构。这些骨骼组织能被用于对骨骼缺失的原位修复有大量需求的临床应用中，比如因创伤、癌症或切除等所造成的骨缺陷。活细胞作为3D打印结构的一部分，其具有便携性，这或许就会有望成为目前最先进技术的一大进展。截止到目前为止，制作一块类似于骨质的材料来修复患者的骨组织，需要首先进入实验室使用高温熔炉和有毒的化学物质来锻造结构。这就能够产生一种干燥的材料，然后将其带入临床环境或实验室中，在这两种环境中研究人员会对材料进行大量清洗并将活细胞添加到其中。

研究者指出，这项技术让大家觉得不可思议的是，你可以直接将其挤压到任何有细胞的地方，比如患者骨质腔中，这样其就能直接进入有细胞、血管和纸质的骨头里，随后能打印出一个已经含有活细胞的骨质样结构。文章中，研究人员描述了他们如何在含有活细胞的微凝胶机制中开发出这种特殊墨水。墨水能通过其组分在水环境中的局部纳米结晶，利用定型的机制，将无机墨水转化为机械互锁的骨磷灰石纳米晶体。

换句话说，其能够形成一种类似于骨骼建筑模块的化学结构，墨水中的配方就能使其在生物环境中的转化速度加快而且无毒。而且只有当墨水暴露于在提体液中时才会被启动，并能为终端用户（比如外科医生）提供充足的工作时间。当墨水与含有活细胞的胶原物质相结合时，其就能够原位制造骨样组织，而这或许适用于多个研究领域，比如骨组织工程应用、疾病模型、药物筛选、骨及骨软骨缺陷的原位重建。目前有外科医生和医疗技术制造商对此非常感兴趣，尽管还处于早期研究阶段，但这种新型的骨打印工艺或有望为治疗和修复骨组织提供一种全新的视野。

研究者Kilian说道，这一研究进展为众多的研究机会铺平了道路，我们相信这是或有望带来变革型的研究进展，即从使用墨水在实验室中制造骨质用于疾病建模，作为生物活性材料进行牙齿修复，到直接在患者机体中进行骨骼重建，未来有一天，需要进行骨移植的患者就能够走进诊所，其机体的骨骼解剖结构也能被成像，并翻译到3D打印机上，且能直接用自己的细胞打印到腔体中。

这或许就能从根本上改变目前研究人员的治疗手段，减轻患者的痛苦，以及最终挽救患者的生命。下一步研究人员将会在动物模型中进行体内测试，来分析是否骨样结构中的活细胞能在植入到现有的骨组织中后继续生长。

参考资料：

【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