3D打印生物技术让可移植的人体组织成为可能
3D生物印刷是一个令人兴奋的新技术，该技术可能有一天会在替换人体组织的移植中进行按需制造。在英国斯旺西大学的一组科学家正在研究的新一代的3D生物印刷技术，以及制造活组织的生物方法。通过研发，现在这个工艺有希望可以用来制造生物结构组织，用于替代受损的或患病的组织。这项技术的主要目标是产生膝关节或髋关节中因为关节炎而失去的组织，以及重建癌症病变组织，如腹部，气管及乳房。下一步的发展会在重建医学领域引起变革。
在大学医学学院的该研究小组正在开发用于制造这些活体组织的技术。3D生物打印机的最新开发版本是3Dynamic Tissue Engineering组织工程工作站，工作站使得这个复杂的过程准确，可靠和更容易实现。从事这项研究的大学医学学院的Daniel Thomas博士解释说。
“这种3D生物打印的方法已经基本成熟，可以进行更广泛的应用，可以再大学里和临床进行实验。应该能看这一技术的更加广泛的应用，在短期内的进一步创新，使在该领域的研究能够有效地生产人体组织。”
斯旺西大学的实验性3Dynamic Tissue Engineering Workstation组织工程工作站，其用于生产软骨细胞为基础的组织，例如脊椎动物的气管部分。
研究是从两年前开始的，当时没有这样的3D生物打印可以制造软组织，所以斯旺西团队设计并研制了一台，尤其关注于打印材料的性能。这是专门的工艺，用来产生并维持软骨基质的一些身体的组织。这些细胞被生物打印成三维组织体系结构，如气管的形状。通过适当的精度来重复其复杂的结构。这种工艺的演进是一种可行的技术，用于开发3D生物打印的硬件，固件和软件。该技术的元件直接源于在传统的3D打印的创新。这是细胞自我组织、发育生物学、组织成长工艺等各个方面的开发与研究的结合，其目的是制造复杂的活性生命结构。
3D生物打印使用软骨细胞，藻酸盐，透明质酸，转化生长因子β1，抗生素和明胶的混合物，在生物活性凝胶中产生多功能组织。
这项研究目前专注于生产膝关节修复的有用物质。关节炎患者的关节软骨磨损的膝盖现在最有希望的治疗方式是通过关节置换手术，安装人工膝关节而得到修复。但这是一个痛苦的过程，而且不一定是永久有效的。利用3D生物打印，可以制作修补组织，然后用于移植来进行膝关节软骨修复。全球膝关节置换市场在2010年未69亿美元，而且由于我们的人口老龄化，到2017年将达到110亿美元。斯旺西大学的三维生物打印的研究重点就是在这种类型的重建手术中使用的简单活性组织，使这些病人可以直接受益。“我们的研究是专门探索使用这种技术替换损坏的膝盖或丢失的软骨生物结构的可能性。”Daniel说。
与传统的3D打印技术相比，本研究着重于开发全数字机器，能够有效控制复杂生物基液体的沉积。“3D生物打印基本上是一个传统的一层一层自动化增量沉积过程，用来制作三维功能性活体组织。”Daniel说：“这个过程必须是计算机数字控制的，以确保作为构建材料的生物活性凝胶的精确沉积，还需要考虑到细胞的自组织属性，以产生功能性的组织，具有可测量的生物、机械、代谢和功能特性。”
3D生物打印的组织雏形和成长两天后产生的合成软骨细胞为基础的组织。
在3D生物印刷过程的工作原理是：把每毫升含有2至2百万软骨细胞的生物活性凝胶与藻酸盐、透明质酸、生长因子β1、抗生素混和，然后装入注射器型沉积系统内。基于pronterface架构的控制软件用于指示步进马达在xyz坐标系统对打印头进行定位。其组织结构的制造精度为± 5μm，就像常规的3D打印系统一样。随着组织被3D打印 ，沉积速度改变，以确保维持相同的组织分辨率。
随着技术的发展，3D生物印刷可以用来制造带有毛细血管的组织，这需要打印支撑，以确保在制造过程中支撑每个被沉积的层。一个生物凝胶为基础的原始生物组织由斯旺西大学的团队打印，其形状为大的动脉的结构。
生物打印的原始组织被转移到一个37.8 ℃的生物培养皿中，每两天更换生长素，三周左右细胞开始生长并发育成熟为一个组织基质。关键的是，在生物凝胶中加入 0.1％的透明质酸来防止组织成熟过程中蛋白聚糖的损失。Daniel解释：“这是重要的，因为蛋白聚糖是细胞外基质的关键组成部分。它是组织的细胞之间的填料，生成包围组织的结构和生物支撑，没有它则组织不正确形成。”
目前使用的3D生物打生成的骨结构，包括颚、耳廓和简化的骨小梁。
通过改变沉积速度，可改变层的分辨率。使用多个生物材料的增量方法也可以用于集成打印的组织和三维支架。各种水凝胶为基础的材料可用来沉积制造支架，这些材料包括血纤维蛋白、多孔的多聚（丙交酯-共-乙交酯）、琼脂糖和藻酸盐。这可能是更换动脉的一种方式。本研究的挑战在于理解在生产活性组织时，三维细胞结构和支架材料之间的相互作用。为了克服这些局限性，团队开发了新的方法来精确把细胞沉积在支架上。
从长远来看，这项研究的最终目的是开发生物打印工艺用于生产多种类型的组织，作为手术的修复材料，而短期目标是用于医药检测来使用。随着进一步的工艺的发展，不同类型的细胞，包括干细胞、心肌细胞、祖细胞、成骨细胞和骨细胞，可以同时沉积以产生复杂的组织。Daniel解释说：“不同的干细胞为基础的材料可沉积，产生复杂的组织结构，应用于腹部和乳房重建。为了达成最终目标，我们目前正在研究产生耳部件，如螺旋线的形状，考虑到人耳及其结构，这是重要的。”随着这个领域的进一步发展，直接在手术中应用也是可能的，通过创新的工艺把组织直接3D生物打印到患者体内。这意味着在临床环境中制造的活体组织有可能彻底改变患者的治愈可能性。
(责任编辑：admin)
3D打印黄金吊坠让人们铭记
令人惊艳的3D打印喷气飞行
全球PK 3D打印PPSU，SOLVA
看3D打印自动化单元如何在
大型高精度电子结构件产品
新型防伪技术：同一束光照
用于细胞3D打印的
