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新3D生物打印技术可同时修复皮肤和骨骼损伤

来源:未知 时间:2021-04-30


据外媒报道,来自宾夕法尼亚州立大学的研究人员开发了一种方法--通过使用两种不同的“生物墨水”3D 打印出硬组织和软组织来修复损伤。该团队在老鼠身上进行的测试显示,该技术可以在几分钟内修复这种啮齿动物颅骨和皮肤上的洞。

在脑部手术后,修补手术入口可能是个问题。颅骨上的洞需要一块新的骨头,而这需要从病人身体的其他部位或已故的捐赠者那里取下。同时,它上面的皮肤也需要进行修复。

3D 打印技术可能会对此有所帮助。近年来,科学家们已经尝试用“生物打印”活细胞以创造出皮肤、器官和骨骼等多种组织,但穿透多种组织类型的损伤可能非常棘手。因此,在这项新研究中,宾夕法尼亚州立大学的研究小组着手解决这个问题。

该研究的论文通讯作者 Ibrahim Ozbolat 指出:“没有一种手术方法可以立即修复软硬组织。这就是为什么我们的目标是展示一种技术可以一次重建整个缺陷--从骨头到表皮。”

为了实现这个目标需要使用有着极度不同稠度的墨水以及这两种不同的生物打印方法。据悉,硬组织是通过挤压技术打印的,而软组织需要基于液滴打印。

该研究团队的硬组织墨水由胶原蛋白、壳聚糖、纳米羟基磷灰石和其他一些化合物组成,不过最重要的成分则是间充质干细胞--这些细胞可以分化为骨骼、软骨和骨髓脂肪。墨水虽然是在室温条件下挤出,但它可以很快就能暖和到体温。这种软组织墨水则是分层打印的,其需要在胶原蛋白和纤维蛋白原及增强交联和生长的化合物之间交替打印。

在最初的实验室测试中,研究人员单独修补了每种组织类型的漏洞。一旦单独掌握了它们,研究人员就能在一个手术过程中一起修复活老鼠头部的骨头和皮肤上的洞。在骨骼和皮肤之间,研究小组沉积了一层屏障从而防止皮肤细胞进入到骨骼中。

Ozbolat 说道:“生物打印机在不到五分钟的时间内就完成了骨层和软组织的打印。”

该团队进行了 50 多次测试。结果显示,软组织伤口可在四周内 100% 愈合;骨组织可在六周内重新生长,其覆盖了约 80% 的缺损区域。但当跟软组织打印相结合时,后者则在六周内只能覆盖 50%。

研究小组表示,添加血管化化合物对于改善骨骼血液流动和促进愈合至关重要,他们的下一步动作是在大型动物身上测试该方法。


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