这种3D打印的骨骼可以直接植入到身体

3D打印包括角膜、血管和皮肤在内的活体组织绝非易事，毕竟这些都是活组织。相比之下，骨骼是一种高度结构化的矿物基质中的活性和无机化合物的混合物。

换言之，3D打印骨骼是挑战中的挑战。

这就是为什么生物工程师们尝试了这么多不同的材料来制作他们的合成骨骼，包括水凝胶、热塑性塑料和生物陶瓷。现在，澳大利亚悉尼新南威尔士大学的一个研究小组已经开发出一种陶瓷墨水，这种墨水可以在室温下用活细胞进行3D打印，使他们能够打印出在一定时间内硬化的骨状结构，这是比早期技术显著的改进。研究人员表示，这项新技术最终可能被用于将骨骼直接打印到患者体内。

“与以前的材料不同，我们的技术提供了一种原位打印结构的方法，可以模拟骨骼的结构和化学性质，”该研究的合著者，新南威尔士大学化学学院的生物工程师Iman Roohani如此表示。“机会是无限的。”在最近发表在《高级功能材料》上的一篇研究论文中，研究人员描述了他们如何在具有活细胞的微凝胶基质中开发特殊墨水。

 

3D打印骨组织在医学和研究方面有着丰富的应用：模拟骨骼疾病；药物筛选；研究骨骼独特的微环境；也许最显著的是，在创伤、癌症或其他疾病中修复受损的骨骼。目前修复骨的金标准是自体骨移植，从患者身体的另一部分获取骨。不幸的是，自体移植物与高感染率有关，如果所需的骨材料太多，就不起作用。

为了创造一种尽可能类似于自体移植的合成骨材料，新南威尔士大学的生物化学家Kristopher Kilian和同事们制造了一种墨水，这种墨水可以3D打印到人体这样的水环境中。经过两年的提炼，他们创造了一种生物相容性磷酸钙材料，在室温下形成糊状物。当放入明胶浴或其他溶液中时，发生化学反应，糊状物硬化成多孔纳米晶体基质，类似于天然骨组织的结构。

Images: Wiley-VCH GmbH, Weinheim Magnification of a COBICS 3D-printed c****, showing the arrangement of nanocrystals

为了用墨水打印，他们配备了一台现成的3D打印机，Hyrel 3D Engine HR，带有一个定制的喷嘴，0.2-0.8毫米的小针头可将墨水挤在37℃的明胶浴中。Roohani说，这种技术被称为细胞悬浮液中的陶瓷全向生物打印（COBICS），能够打印出在一定时间内硬化的骨状结构，且可以应用于其他3D打印机，如便携式和手持式打印机。
 

在他们最近的论文中，研究小组在含有人类成骨细胞和其他类型的人类细胞的明胶浴中打印出了小的骨骼结构，高达半厘米的立方。硬化墨水将活细胞整合到结构中，打印后细胞粘附增殖数周，存活率达95%。

研究小组目前正在设计一种可以打印更大样本的浴池，并已开始进行小动物试验，以确定打印能否像自体移植物一样有效地修复大伤口。接下来，Roohani希望与外科医生、牙医和其他人合作，探索COBICS的医疗保健和研究应用，并寻求获得监管部门批准的途径。在美国，FDA已经表示3D打印骨骼技术有资格获得FDA的批准。

来源： IEEE电气电子工程师