荷蘭研究人員開發(fā)3D打印活體組織可以治療關節(jié)炎

3D打印在醫(yī)療行業(yè)的技術擴張最為迅猛，3D打印技術能夠為醫(yī)生提供更完整的個性化解決方案，更加適合患者的3D手術計劃模型，也可促進再生醫(yī)學領域的人造活體組織與器官的研究。3D打印植入物，以及假肢、助聽器等康復醫(yī)療器械注入身體器官等。近日荷蘭烏得勒支大學醫(yī)學中心（UMC）的研究人員正致力于研究生物3D打印組織，并將其植入受關節(jié)炎影響的活關節(jié)內(nèi)，來治療關節(jié)炎。

何馬爾達教授 研究人員（圖源：www.3ders.org）

關節(jié)炎是身體中某一處關節(jié)發(fā)炎，它可能影響一個或多個關節(jié)。 每年每10萬人中就有41人被診斷出患有關節(jié)炎，關節(jié)炎會引起不適和疼痛，使日常工作變得困難。作為3-D-JOINT的項目的一部分，荷蘭UMC Utrecht的Jos Malda教授和他的團隊正在開發(fā)生物3D打印的組織，這些組織可以被植入活體關節(jié)中以替換受損部位，并最終會成熟為與原始健康軟骨相同的組織。

雖然可以根據(jù)精確的設計3D打印干細胞，但這并不意味著它們可以立即轉(zhuǎn)化為新的器官或身體部位。3D打印不是生物制造的最后一步，因為以心形打印的東西并不能成為一顆心，打印的構(gòu)造需要時間和正確的化學和生理變化才能成為功能性組織。

一個挑戰(zhàn)是保持細胞材料的正確條件。因為生物墨水含有活細胞，所以它不夠堅固，無法在打印后保持形狀�？茖W家們不得不開發(fā)新的解決方案，一種選擇是使用水凝膠，一種由大分子網(wǎng)絡組成的材料。對于生物打印，材料必須能夠使細胞保持活力，這需要在相對較低的溫度下進行水性條件和加工，這使得水凝膠基材料成為理想的選擇。

病變的關節(jié)（圖源：www.3ders.org）

但水凝膠足夠柔軟以傳遞細胞，它們無法承受某些組織在體內(nèi)經(jīng)受的機械負荷。研究團隊加強水凝膠使其更加堅固，就像鋼棒與軟水泥結(jié)合，形成鋼筋混凝土，成為我們身體的基礎，這些材料可以使水凝膠足夠強大，起到替代軟骨的作用。

研究團隊正在使用熔融電解的3D打印技術，它將熔融的聚己內(nèi)酯與電場結(jié)合在一起，形成與頭發(fā)一樣薄的纖維。使用這些微纖維，該團隊創(chuàng)建了與含細胞水凝膠結(jié)合的結(jié)構(gòu)，已經(jīng)取得了良好的效果。

水凝膠與纖維的結(jié)合起協(xié)同作用，使復合物的強度增加50倍以上，同時仍允許細胞產(chǎn)生細胞外基質(zhì)并成熟為軟骨樣組織，研究團隊同時將不同的材料整合在一起，用于組合骨和軟骨組織替代品。除了作為軟骨和骨骼丟失的替代品之外，以這種方式打印的細胞還可以幫助身體修復受損組織。

他正致力于開發(fā)不僅可打印，而且通過改變支持和包圍細胞的分子來刺激干細胞，制造新軟骨的生物芯片，指導它們產(chǎn)生正確類型的組織。目標是這些新打印的干細胞在植入體內(nèi)后可以幫助修復受損組織。

該團隊還致力于使用生長因子的物質(zhì)來刺激受損組織中新血管的形成。他們將VEGF（血管內(nèi)皮生長因子）納入我們的生物打印組織，以促進新骨血管在受損骨骼或關節(jié)區(qū)域形成，然后骨骼可以生長。將VEGF的梯度引入生物打印的組織中，這些組織將宿主血管（形成）引入我們植入物的適當區(qū)域。

雖然科學家們專注于軟骨和骨骼，但對關節(jié)的要求可能會根據(jù)它們在體內(nèi)的位置而有很大差異�？梢允褂脤ｉT的機械測試機器來確定它們的剛度和彈性，以及計算模型，以更好地了解植入物的結(jié)構(gòu)和組成如何在特定環(huán)境中調(diào)整。

生物打印以后將有兩個主要應用。首先作為再生醫(yī)學中新組織和器官的來源。其次，作為更好地了解人類疾病和測試針對此類疾病的新藥的安全性和有效性的工具，研究團隊認為。

來源：ZOL中關村在線