荷蘭研究人員開發(fā)生物3D打印活體組織來(lái)治療關(guān)節(jié)炎

2018年7月4日，南極熊從外媒獲悉，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。

關(guān)節(jié)炎是關(guān)節(jié)的炎癥，它可以影響一個(gè)關(guān)節(jié)或多個(gè)關(guān)節(jié)。 每10萬(wàn)人中就有41人每年被診斷出患有關(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，”馬爾達(dá)教授說(shuō)。 “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�！�

△Jos Malda教授

一個(gè)挑戰(zhàn)是保持細(xì)胞材料的正確條件。因?yàn)樯�物墨水含有活�?xì)胞，所以它不夠堅(jiān)固，無(wú)法在打印后保持形狀。科學(xué)家們不得不開發(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，”馬爾達(dá)教授解釋說(shuō)。 “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�！�

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。為了解決這個(gè)問(wèn)題，Malda教授和他的團(tuán)隊(duì)一直在試驗(yàn)3D打印材料，這些材料可以使水凝膠足夠強(qiáng)大，起到替代軟骨的作用。

“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，成為我們家園的基礎(chǔ)，”Malda教授說(shuō)。

他的團(tuán)隊(duì)正在使用一種名為熔融電解的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，”Malda教授說(shuō)。

他的團(tuán)隊(duì)正在努力擴(kuò)大該過(guò)程以創(chuàng)建更大的構(gòu)造，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。

愛爾蘭都柏林三一學(xué)院的Daniel Kelly教授正在開展一個(gè)名為JointPrinting的項(xiàng)目，以開發(fā)這樣一個(gè)系統(tǒng)。

“文獻(xiàn)中相對(duì)較少的例子證明了生物打印組織在適當(dāng)?shù)呐R床前（動(dòng)物）模型中實(shí)際再生受損組織的能力，”凱利教授說(shuō)。

他正致力于開發(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。 “我們有時(shí)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，我們希望骨骼生長(zhǎng)，”他說(shuō)。

“我們將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。

Kelly教授使用專門的機(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。

“我認(rèn)為生物打印將有兩個(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，”Kelly教授說(shuō)。


編譯自：3ders