近日，英國斯旺西（Swansea）大學(xué)的科學(xué)家們開發(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。我們設(shè)計的這種可做基質(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。

在3D打印后，當(dāng)加入生物活化劑后Celleron就會發(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。這個時候蛋白生長因子就會浸透這個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。今年早些時候，斯旺西研究團(tuán)隊就用Celleron材料3D打印出一個孩子耳朵的復(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象之一。”Thomas博士解釋說。 “我們可以用軟骨細(xì)胞、結(jié)合營養(yǎng)物和其它關(guān)鍵的生長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被放置到一個保留生物功能的干細(xì)胞培養(yǎng)支架上時，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)隊還計劃利用類似的生物打印工藝過程開發(fā)牙齒種植體，然后希望通過3D打印技術(shù)開發(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)（見下圖）。他們這么做的目的是希望能夠激發(fā)人們對于3D生物工程技術(shù)的想象力以及它作為一個未來可能實(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)胞正在被用于測試不同細(xì)胞類型是否可以用來制造出由多種細(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)隊計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。