近日，英國(guó)斯旺西（Swansea）大學(xué)的科學(xué)家們開(kāi)發(fā)出一種革命性的可生物降解組織支架。這種新的生物材料被稱為Celleron，它是由一種液體生物聚合物和一種纖維衍生物構(gòu)成的。這個(gè)研究項(xiàng)目是由斯旺西大學(xué)工程學(xué)院的Dan Thomas博士領(lǐng)導(dǎo)的，目前研究團(tuán)隊(duì)能夠使用Celleron材料3D打印復(fù)雜組織的底層結(jié)構(gòu)。

 “為了設(shè)計(jì)一種解決方案，我們想出了可3D打印的Celleron，它的成分十分復(fù)雜，其中包括：PLLA / PLGA、磷脂、布洛芬（ibuprofen）、石墨烯、膠原蛋白、抗生素和瓊脂糖。我們?cè)O(shè)計(jì)的這種可做基質(zhì)的聚合物能夠?qū)χ車募?xì)胞提供高分辨率支持。一旦打印完成，這種結(jié)構(gòu)可以供獨(dú)立的細(xì)胞粘附、以及支持細(xì)胞之間的通訊、分化等。”Thomas博士說(shuō)。

在3D打印后，當(dāng)加入生物活化劑后Celleron就會(huì)發(fā)酵，并在其上面產(chǎn)生很多微孔。這就大大增加了其表面積和機(jī)械強(qiáng)度，并且為細(xì)胞的遷移提供了深入結(jié)構(gòu)的路徑。這個(gè)時(shí)候蛋白生長(zhǎng)因子就會(huì)浸透這個(gè)多孔的支架并把它變成具有生物吸引力的復(fù)合材料。

使用3D生物打印的人耳原型，在它被轉(zhuǎn)移到一個(gè)生物反應(yīng)器之前，右邊是產(chǎn)生多孔結(jié)構(gòu)的復(fù)雜打印路徑。

這種自上而下的3D打印工藝可以制造出準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)，所以可以在許多應(yīng)用中使用。今年早些時(shí)候，斯旺西研究團(tuán)隊(duì)就用Celleron材料3D打印出一個(gè)孩子耳朵的復(fù)雜幾何形狀。

 “由于其在技術(shù)上的挑戰(zhàn)性，耳朵成為構(gòu)建人體組織早期的對(duì)象之一。”Thomas博士解釋說(shuō)。 “我們可以用軟骨細(xì)胞、結(jié)合營(yíng)養(yǎng)物和其它關(guān)鍵的生長(zhǎng)要素制造出一種有效的軟骨基復(fù)合材料。這些實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)Celleron被放置到一個(gè)保留生物功能的干細(xì)胞培養(yǎng)支架上時(shí)，細(xì)胞能夠迅速增殖，隨后，這種Celleron聚合物復(fù)合材料就變成了一種組織。”

斯旺西研究團(tuán)隊(duì)首先改裝了 3Dynamic Alpha 3D生物打印機(jī)，這是一款目前世界各地許多研究人員都用來(lái)沉積生物材料支持結(jié)構(gòu)的主力3D生物打印機(jī)。

該研究團(tuán)隊(duì)還計(jì)劃利用類似的生物打印工藝過(guò)程開(kāi)發(fā)牙齒種植體，然后希望通過(guò)3D打印技術(shù)開(kāi)發(fā)出耐用的生物心臟瓣膜組織結(jié)構(gòu)。據(jù)天工社了解，為了展示Celleron作為3D打印材料的巨大潛力，斯旺西大學(xué)的研究人員還完整地3D打印了復(fù)雜的人體心臟內(nèi)部結(jié)構(gòu)（見(jiàn)下圖）。他們這么做的目的是希望能夠激發(fā)人們對(duì)于3D生物工程技術(shù)的想象力以及它作為一個(gè)未來(lái)可能實(shí)現(xiàn)的技術(shù)所具備的可能性。

使用Celleron材料3D打印的心臟支架，該支架被放入了斯旺西大學(xué)納米健康（NanoHealth）中心的3Dynamic Zeno組織反應(yīng)器當(dāng)中

目前斯旺西大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)的研究重點(diǎn)是使用生物反應(yīng)技術(shù)使這些組織獲得生命力。例如，采自骨髓的成熟間充質(zhì)干細(xì)胞正在被用于測(cè)試不同細(xì)胞類型是否可以用來(lái)制造出由多種細(xì)胞類型組成的復(fù)合組織。

“間充質(zhì)干細(xì)胞的優(yōu)點(diǎn)是，它們可以分化成各種組織、提供營(yíng)養(yǎng)支持，并且也可以調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)。 我們正在探索能否將這些組織分化成為血管。為此，我們還需要用到內(nèi)皮干細(xì)胞，這是在骨髓中發(fā)現(xiàn)的三種多能干細(xì)胞之一。”Thomas博士指出。

為了加速3D生物打印技術(shù)的發(fā)展，明年，斯旺西研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃將這一生物聚合物的配方和3D生物打印技術(shù)與全世界的研究人員分享。