2021年5月26日
研究人员已经颠覆了传统的3D打印技术，创造了一些迄今为止最复杂的生物医学结构，推动了骨骼和组织再生新技术的发展。
一个微小而复杂的生物医学结构，由新的NEST3D技术创建。图片来源:皇家墨尔本理工大学。
组织工程这一新兴领域旨在利用人体的自然自我修复能力，重建因肿瘤或损伤而丧失的骨骼和肌肉。
生物医学工程师的一个主要关注点是3D打印支架的设计和开发，该支架可植入体内以支持细胞再生。
但使这些结构足够小和复杂，以使细胞茁壮成长仍然是一个重大的挑战。
皇家墨尔本理工大学(RMIT university)领导的研究小组与墨尔本圣文森特医院(St Vincent 's Hospital Melbourne)的临床医生合作，颠覆了传统的3D打印方法。
该团队没有直接制作生物支架，而是用3D打印出带有复杂图案的空洞的模具，然后在模具溶解之前用生物相容的材料填充它们。欧洲杯足球竞彩
使用间接的方法，该团队创造了指甲大小的生物支架，其中充满了复杂的结构，直到现在，标准的3D打印机都认为这是不可能的。
首席研究员Cathal O 'Connell博士说，这种新的生物制造方法成本效益高，而且易于扩展，因为它依赖于广泛可用的技术。
“标准3D打印机可以打印的形状受到打印喷嘴大小的限制——开口需要足够大，以让材料通过，最终影响打印的大小。”皇家理工学院副校长博士后研究员奥康奈尔说。
“但印刷材料之间的间隙可以更小，也更复杂。
“通过改变我们的思维，我们基本上在3D打印模具内的空白空间中绘制出我们想要的结构。这使我们能够创造出微小而复杂的微结构，细胞将在其中蓬勃发展。”
多才多艺
奥康奈尔说，其他方法也能够创造出令人印象深刻的结构，但只有通过精确定制的材料，用特殊添加剂调整或用特殊化学改性。欧洲杯足球竞彩
“重要的是，我们的技术足够通用，可以使用现成的医用级材料，”欧洲杯足球竞彩他说。
“使用一台基本的‘高中’级3D打印机来创建如此复杂的形状真是不可思议。
“这真的降低了进入该领域的门槛，让我们离组织工程在医学上成为现实又近了一大步。”
这项研究发表在先进材料技术欧洲杯足球竞彩，于[受电子邮件保护]，位于墨尔本圣文森特医院的最先进的生物工程研究、教育和培训中心。
该研究的合著者、墨尔本圣文森特医院的整形外科医生克劳迪娅·迪·贝拉副教授说，该研究展示了当临床医生、工程师和生物医学科学家一起解决临床问题时的可能性。
“临床医生面临的一个普遍问题是，他们无法获得技术实验解决方案，以解决他们每天面临的问题，”Di贝拉说。
“临床医生是识别问题并思考潜在解决方案的最佳专业人员，而生物医学工程师可以把这个想法变成现实。
“在工程和医学领域学习通用语言通常是最初的障碍，但一旦这一障碍被克服，可能性是无限的。”
未来的治疗工具
目前，对于那些因疾病或受伤而失去大量骨骼或组织的人来说，很少有治疗选择，通常的结果是截肢或金属植入物。
虽然世界各地已经进行了一些组织工程的临床试验，但要使3D生物打印技术成为外科医生工具包的标准部分，仍然需要解决关键的生物工程挑战。
在骨科中，一个主要的症结在于开发一种能同时作用于骨骼和软骨的生物支架。
“我们的新方法非常精确，我们可以在一个生物支架中创建专门的骨骼和软骨生长微观结构，”奥康奈尔说。
“这是外科手术的理想——一个集成的支架，可以支持两种类型的细胞，以更好地复制身体的工作方式。”
对人体细胞的测试表明，使用这种新方法构建的生物支架是安全无毒的。
研究人员的下一步将是测试优化细胞再生的设计，并调查不同生物相容性材料组合对细胞再生的影响。欧洲杯足球竞彩
一步一步来:如何逆向打印一个生物支架
这种新方法——研究人员称之为负具身牺牲模板3D打印(NEST3D)——使用简单的PVA胶水作为3D打印模具的基础。
一旦注入模具的生物相容性材料凝固，整个结构就会被放入水中溶解胶水，只留下培养细胞的生物支架。
该研究的第一作者、博士研究员斯蒂芬妮·多伊尔说，这种方法使研究人员能够快速测试各种材料的组合，以确定那些对细胞生长最有效的材料。欧洲杯足球竞彩
“我们先进的注塑技术的优势在于它的多功能性。”道尔说。
“我们可以在不需要严格优化或专业设备的情况下，在一系列材料中生产几十种试验性生物支架——从生物可降解聚合物到水凝胶、硅欧洲杯足球竞彩酮和陶瓷。2020欧洲杯下注官网
“我们能够制作出直径仅为200微米、宽度为4根头发的3D结构，其复杂性可与基于光的制造技术相媲美。
“它可能是生物制造和组织工程研究的巨大加速器。”
这项研究得到了圣文森特医院墨尔本研究捐赠基金、维多利亚医学研究加速基金、NHMRC-MRFF研究员基金和澳大利亚大学工业博士培训中心技术网络的支持。
ACMD的合作方法汇集了领先的高等教育机构，包括皇家墨尔本理工大学、墨尔本大学、斯威本科技大学和伍伦贡大学、研究机构和该中心所在的墨尔本圣文森特医院，以应对当今最严峻的医疗保健挑战。
“字里行间的打印:通过负具身牺牲模板3D (NEST3D)打印制作的复杂生物材料结构”，与皇家墨尔本理工学院的共同作者Anita Quigley博士和Elena Pigorova教授，以及来自墨尔本大学的合作者(Dr Serena Duchi, Dr Carmine Onofrillo)，发表在先进材料技术欧洲杯足球竞彩(DOI: 10.1002 / admt.202100189)。
RMIT大学如何制作微型生物支架用于组织工程(时间推移)
加拿大皇家墨尔本理工大学
资料来源：https://www.rmit.edu.au/