荷蘭研究人員開(kāi)發(fā)3D打印活體組織可以治療關(guān)節(jié)炎

3D打印在醫(yī)療行業(yè)的技術(shù)擴(kuò)張最為迅猛,，3D打印技術(shù)能夠?yàn)獒t(yī)生提供更完整的個(gè)性化解決方案,，更加適合患者的3D手術(shù)計(jì)劃模型,，也可促進(jìn)再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)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(tīng)器等康復(fù)醫(yī)療器械注入身體器官等。近日荷蘭烏得勒支大學(xué)醫(yī)學(xué)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(guān)節(jié)炎影響的活關(guān)節(jié)內(nèi),，來(lái)治療關(guān)節(jié)炎。

何馬爾達(dá)教授研究人員（圖源：www.3ders.org）

關(guān)節(jié)炎是身體中某一處關(guān)節(jié)發(fā)炎,，它可能影響一個(gè)或多個(gè)關(guān)節(jié),。每年每10萬(wàn)人中就有41人被診斷出患有關(guān)節(jié)炎，關(guān)節(jié)炎會(huì)引起不適和疼痛,，使日常工作變得困難,。作為3-D-JOINT的項(xiàng)目的一部分，荷蘭UMC Utrecht的Jos Malda教授和他的團(tuán)隊(duì)正在開(kāi)發(fā)生物3D打印的組織,，這些組織可以被植入活體關(guān)節(jié)中以替換受損部位,，并最終會(huì)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(shè)計(jì)3D打印干細(xì)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?yàn)橐孕男未蛴〉臇|西并不能成為一顆心,，打印的構(gòu)造需要時(shí)間和正確的化學(xué)和生理變化才能成為功能性組織,。

一個(gè)挑戰(zhàn)是保持細(xì)胞材料的正確條件。因?yàn)樯锬谢罴?xì)胞,，所以它不夠堅(jiān)固,，無(wú)法在打印后保持形狀�,？茖W(xué)家們不得不開(kāi)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(luò)組成的材料,。對(duì)于生物打印,，材料必須能夠使細(xì)胞保持活力，這需要在相對(duì)較低的溫度下進(jìn)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(guān)節(jié)（圖源：www.3ders.org）

但水凝膠足夠柔軟以傳遞細(xì)胞，它們無(wú)法承受某些組織在體內(nèi)經(jīng)受的機(jī)械負(fù)荷,。研究團(tuán)隊(duì)加強(qiáng)水凝膠使其更加堅(jiān)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(chǔ),，這些材料可以使水凝膠足夠強(qiáng)大,，起到替代軟骨的作用。

研究團(tuán)隊(duì)正在使用熔融電解的3D打印技術(shù),，它將熔融的聚己內(nèi)酯與電場(chǎng)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(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了與含細(xì)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(fù)合物的強(qiáng)度增加50倍以上，同時(shí)仍允許細(xì)胞產(chǎn)生細(xì)胞外基質(zhì)并成熟為軟骨樣組織,，研究團(tuán)隊(duì)同時(shí)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(xì)胞還可以幫助身體修復(fù)受損組織,。

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

該團(tuán)隊(duì)還致力于使用生長(zhǎng)因子的物質(zhì)來(lái)刺激受損組織中新血管的形成,。他們將VEGF（血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子）納入我們的生物打印組織，以促進(jìn)新骨血管在受損骨骼或關(guān)節(jié)區(qū)域形成,，然后骨骼可以生長(zhǎng),。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(dāng)區(qū)域,。

雖然科學(xué)家們專注于軟骨和骨骼,，但對(duì)關(guān)節(jié)的要求可能會(huì)根據(jù)它們?cè)隗w內(nèi)的位置而有很大差異�,？梢允褂脤ｉT的機(jī)械測(cè)試機(jī)器來(lái)確定它們的剛度和彈性,，以及計(jì)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(gè)主要應(yīng)用,。首先作為再生醫(yī)學(xué)中新組織和器官的來(lái)源。其次,，作為更好地了解人類疾病和測(cè)試針對(duì)此類疾病的新藥的安全性和有效性的工具,，研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為。

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