荷蘭研究人員開發3D列印活體組織可以治療關節炎

3D列印在醫療行業的技術擴張最為迅猛，3D列印技術能夠為醫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，也可促進再生醫學領域的人造活體組織與器官的研究。3D列印植入物，以及假肢、助聽器等康復醫療器械注入身體器官等。近日荷蘭烏得勒支大學醫學中心（UMC）的研究人員正致力於研究生物3D列印組織，並將其植入受關節炎影響的活關節內，來治療關節炎。

關節炎是身體中某一處關節發炎，它可能影響一個或多個關節。 每年每10萬人中就有41人被診斷出患有關節炎，關節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生物3D列印的組織，這些組織可以被植入活體關節中以替換受損部位，並最終會成熟為與原始健康軟骨相同的組織。

何馬爾達教授 研究人員（圖源：www.3ders.org）

雖然可以根據精確的設計3D列印乾細胞，但這並不意味著它們可以立即轉化為新的器官或身體部位。3D列印不是生物製造的最後一步，因為以心形列印的東西並不能成為一顆心，列印的構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，無法在列印後保持形狀。科學家們不得不開發新的解決方案，一種選擇是使用水凝膠，一種由大分子網路組成的材料。對於生物列印，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。

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經受的機械負荷。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列印技術，它將熔融的聚己內酯與電場結合在一起，形成與頭髮一樣薄的纖維。使用這些微纖維，該團隊創建了與含細胞水凝膠結合的結構，已經取得了良好的效果。

水凝膠與纖維的結合起協同作用，使複合物的強度增加50倍以上，同時仍允許細胞產生細胞外基質並成熟為軟骨樣組織，研究團隊同時將不同的材料整合在一起，用於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，以這種方式列印的細胞還可以幫助身體修復受損組織。

他正致力於開發不僅可列印，而且通過改變支持和包圍細胞的分子來刺激乾細胞，製造新軟骨的生物晶元，指導它們產生正確類型的組織。目標是這些新列印的乾細胞在植入體內後可以幫助修復受損組織。

該團隊還致力於使用生長因子的物質來刺激受損組織中新血管的形成。他們將VEGF（血管內皮生長因子）納入我們的生物列印組織，以促進新骨血管在受損骨骼或關節區域形成，然後骨骼可以生長。將VEGF的梯度引入生物列印的組織中，這些組織將宿主血管（形成）引入我們植入物的適當區域。

雖然科學家們專註於軟骨和骨骼，但對關節的要求可能會根據它們在體內的位置而有很大差異。可以使用專門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構和組成如何在特定環境中調整。

生物列印以後將有兩個主要應用。首先作為再生醫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葯的安全性和有效性的工具，研究團隊認為。