英國斯望西大學正研發(fā)可用于面部重建的3D打印軟骨

軟骨是一種堅固而有彈性的組織，分布在成年人的鼻尖、外耳、肋骨的尖端、關節(jié)的連接面等部位。人體中的軟骨組織起到了為器官提供支撐、潤滑關節(jié)、緩沖運動時產生的震動等重要作用。如果由于外傷、疾病、手術等原因而導致人體的軟骨缺損，則需要及時接受治療。

怎樣將缺損的軟骨“補”回來是醫(yī)學上一直在研究和探索的問題。從其他物種中進行異種軟骨移植、同種異體軟骨移植或自體軟骨移植等技術都是醫(yī)療界在探索的軟骨再生方式。軟骨再生的每一項技術都在人們的探索與追尋中，它們都具有自己的優(yōu)點和缺點。例如，同種異體軟骨移植軟骨來源廣泛，生物學性能良好，但是會存在免疫排異和疾病傳播等問題；自體軟骨移植主要是通過自體其他部位的軟骨移植，或通過自體細胞來培植軟骨，可以降低免疫排異的風險。

以人體細胞和生物墨水為打印材料的生物3D打印技術，在近年來被應用在培養(yǎng)人體器官和組織領域。雖然，要實現(xiàn)3D打印可移植的復雜器官這個目標，科學家們還要經歷相當長的探索過程，但是3D打印出可移植的軟骨組織已經距離我們不遠了。本期，3D科學谷將與谷友們一起分享英國斯望西大學在3D打印面部軟骨領域所進行的研究。

英國斯望西大學醫(yī)學院和可再生材料公司American Process Inc.合作研發(fā)用于面部重建的軟骨組織。這個科研項目包括在支架上3D打印人體細胞，從而培養(yǎng)出可用于先進整形外科手術的軟骨組織。制造三維支架的材料是多種配方的納米纖維素。該項目得到了英國醫(yī)學研究理事會研究基金的支持。

研究團隊將通過該項目3D打印出完全與患者解剖形狀相匹配的定制化面部軟骨組織。該組織更加持久，并具有生物相容性，可以替代面部整形手術中使用的塑料或鈦金屬植入物。在植入人體后它們能夠長期存活，并且不會被人體吸收掉。

研究人員表示，在該項目中起到關鍵作用的是納米纖維素材料，不僅因為它具有生物相容性和良好的力學性能、結構特性，還在于該材料可以為細胞提供支撐和生長環(huán)境。雖然生物3D打印機的基本原理與普通3D打印機類似，都是將材料計算機的質量進行逐層的沉積，但是人體細胞畢竟有別于塑料、金屬粉末等材料，它們不僅需要通過3D打印進入到指定的位置，在打印之后還需要在指定的位置上繼續(xù)生長。為實現(xiàn)這一目標，就需要在打印中使用特殊的材料或技術。在英國斯望西大學醫(yī)學院的研究項目中，承擔這個任務的材料正是納米纖維素。

研究團隊以納米纖維素作為生物墨水進行了大量的研究。研究表明納米纖維素具有以下特性，例如：很高的保水值、其微粒在水中可以形成獨特組合，以及可以形成一種比較稀的凝膠。由納米纖維素形成的凝膠易于流動和3D打印，在打印完成后它們會變得堅硬、平滑，讓三維結構變得致密，有助于將細胞保持在所處的位置上。研究人員表示，這些特性讓納米纖維素材料非常適合應用在通過噴嘴擠出式生物3D打印機進行器官和組織培養(yǎng)的領域。

值得一提的是，除了英國斯望西大學在軟骨3D打印方面所進行的研究，世界多個國家的科學家都在軟骨3D打印方面取得了進展。如：北京協(xié)和醫(yī)院的研究人員進行的3D打印技術輔助精細化構建組織工程鼻翼軟骨的研究；阿姆斯特丹VU醫(yī)學中心已對3D打印面部軟骨組織技術進行了測試，并在不久的將來對外提供耳、鼻軟骨定制服務；美國北卡羅萊納州維克森林大學再生醫(yī)學研究所的科學家們開發(fā)出可以制造器官、組織和骨骼的3D打印機，并使用3D打印機進行了3D打印耳軟骨的實驗。

延伸閱讀：
《新型干細胞生物3D打印墨水：能打印出骨骼和軟骨》
《德國科學家3D打印出更類似自然生長的人類軟骨》

來源：3D科學谷