维也纳工业大学开发借助3D打印生产人造软骨的新方法

南极熊导读：是否有可能在实验室中生长组织，例如替代受伤的软骨？维也纳工业大学（TU Wien）已经迈出了在实验室中制造替代组织的重要一步，他们采用的技术与世界其他地方使用的方法大不相同。

△高分辨率3D打印工艺，用于创建由生物相容性和可降解塑料制成的微小多孔球体

在这项技术中，高分辨率3D打印工艺被用来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，在球体上定植细胞。这些球体可以以任何几何形状排列，不同单元的细胞无缝结合，形成统一的活组织。南极熊获悉，软骨组织的概念现已在维也纳工业大学得到验证，而软骨组织以前被认为在这方面特别具有挑战性。

△可以通过在使用多光子光刻（MPL）制造的基于多孔PCL的微支架内形成球体来生产支架球体（S-SPH）

3D打印用于组织工程的微型支架球体

维也纳工业大学材料科学与技术研究所的Oliver Kopinski-Grünwald表示：“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，你通常无法控制由此产生的组织的形状。这也是由于这种干细胞团块会随着时间的推移而改变形状，并经常缩小。

为了避免这种情况，该所大学的研究团队正在利用专门开发的激光高分辨率3D打印系统，制造出像迷你足球一样的微小笼状结构，直径只有三分之一毫米。这些结构可作为支撑结构，形成紧凑的积木，然后可以组装成任何形状。

该大学3D打印和生物制造研究小组负责人Aleksandr Ovsianikov教授表示：“干细胞首先被导入这些足球状的微型笼子中，很快就会充满这个狭小的空间。这样，我们就能可靠地制造出细胞分布均匀、细胞密度极高的组织元件。以前的方法无法达到这一水平。

共同成长

研究小组采用了分化干细胞的方法，这种干细胞已经预先定向形成特定类型的组织，本例中是软骨组织。这种方法在医学应用中具有重要意义，但在构建大型软骨组织方面存在挑战。在软骨组织中，细胞会形成明显的细胞外基质，这种网状结构往往会阻碍不同细胞球体的理想生长。

通过3D打印制造的多孔球体能够为细胞提供理想的定植环境，从而实现排列成任何理想形状的目的。研究表明，不同球体的细胞能够结合在一起，形成均匀一致的组织。

△该研究发表在《生物材料学报》上，题目为“支架球体作为自下而上软骨组织工程的构建模块显示出增强的生物组装动力学”（传送门）

Kopinski-Grünwald表示：“这是我们首次能够清晰展示的成果。”在显微镜下，可以清晰地观察到相邻球体之间的细胞迁移现象，细胞从一个球体迁移到另一个球体，形成无缝连接的封闭结构，与其它方法形成鲜明对比，这些方法中相邻细胞团块之间仍然存在可见的界面。

微型3D打印支架在组织持续成熟的同时赋予整体结构机械稳定性。几个月后，塑料结构就会降解，留下所需形状的成品组织。

△软骨形成S-SPH可用作通过生物组装工程软骨样组织的构建块

医疗应用

Kopinski-Grünwald指出：“最初的目标是生产量身定制的小块软骨组织，以便在受伤后植入现有的软骨材料中。”然而，现在我们已经证明，利用球形微支架生产软骨组织的方法在原理上是可行的，并且相较于其他技术具有决定性的优势。

原则上，这种新方法并不局限于软骨组织，还可以用于定制不同种类的大型组织，如骨组织。但是，要达到这一阶段还有很多工作要做，考虑到与软骨组织不同，这些组织在一定大小以上时还必须包括血管。