一种借助3D打印生产人造软骨的新方法

是否有可能在实验室中生长组织，例如替换受伤的软骨？在维也纳大学，现在已经朝着在实验室中创建替代组织迈出了重要一步——使用的技术与世界各地使用的其他方法有很大不同。这项研究发表在《生物材料学报》上

一种特殊的高分辨率3D打印工艺用于制造由生物相容性和可降解塑料制成的微小多孔球体，然后将其与细胞定殖。然后，这些球体可以以任何几何形状排列，不同单位的细胞无缝结合，形成均匀的活组织。软骨组织，这个概念现在已经在维也纳大学得到了证明，以前被认为在这方面特别具有挑战性

微小的球形笼子作为细胞的支架

“从干细胞中培养软骨细胞并不是最大的挑战。主要的问题是，你通常无法控制产生的组织的形状，”维也纳大学材料科学与技术研究所的Oliver Kopinski Grünwald说，他是当前研究的作者之一。“这也是因为这样的干细胞团块会随着时间的推移而改变形状，并经常收缩。”

为了防止这种情况，维也纳大学的研究团队正在研究一种新方法：使用专门开发的基于激光的高分辨率3D打印系统来创建看起来像迷你足球、直径只有三分之一毫米的微小笼状结构。它们充当支撑结构，形成紧凑的积木，然后可以组装成任何形状

干细胞首先被引入这些足球形状的迷你笼子，这些笼子可以迅速完全填满微小的体积。维也纳大学3D打印和生物制造研究小组负责人Aleksandr Ovsianikov教授解释道：“通过这种方式，我们可以可靠地生产出细胞均匀分布、细胞密度非常高的组织元件。这在以前的方法中是不可能的。”

完美地生长在一起

该团队使用了分化的干细胞，即不能再发育成任何类型的组织，但已经预先确定可以形成特定类型的组织的干细胞——在这种情况下是软骨组织。这种细胞在医学应用中特别有趣，但当涉及到软骨细胞时，构建更大的组织是具有挑战性的。在软骨组织中，细胞形成非常明显的细胞外基质，细胞之间的网状结构通常阻止不同的细胞球体以所需的方式生长在一起

如果3D打印的多孔球体以所需的方式定植有细胞，则球体可以排列成任何所需的形状。现在的关键问题是：不同球体的细胞是否也会结合形成均匀、同质的组织

Kopinski Grünwald说：“这正是我们第一次能够展示的。”。“在显微镜下，你可以非常清楚地看到：相邻的球体生长在一起，细胞从一个球体迁移到另一个球体，反之亦然，它们无缝连接，形成了一个没有任何空腔的封闭结构——这与迄今为止使用的其他方法形成了鲜明对比，在这种方法中，相邻的细胞团之间保留了可见的界面。”

微小的3D打印支架在组织继续成熟的同时，为整体结构提供了机械稳定性。在几个月的时间里，塑料结构降解，它们简单地消失了，留下了所需形状的成品组织

迈向医学应用的第一步

原则上，新方法不仅限于软骨组织，还可以用于定制不同种类的较大组织，如骨组织。然而，在这一过程中仍有一些任务需要解决——毕竟，与软骨组织不同，这些组织在一定尺寸以上也必须包含血管

Oliver Kopinski Grünwald说：“最初的目标是生产出特制的小块软骨组织，这些组织可以在受伤后插入现有的软骨材料中。”。“无论如何，我们现在已经能够证明，我们使用球形微支架生产软骨组织的方法原则上是有效的，并且比其他技术具有决定性的优势。”