3D打印把骨组织不再是“画饼充饥”

【编者按】骨组织工程学现已用3D打印技术，把所需要生物支架，随时打印随时使用。 从而给大量的骨缺损患者带来了经济、高效的福音。

骨组织工程学为骨缺损修复提供希望

在过去的十多年里，科学家们已经开始用组织工程学的手段，在实验室里培养制造人体器官(例如耳朵)，而今天科学家们更多地在探索骨骼领域的组织再造，而且是用打印机直接打出来。

自骨外科手术时代开启一百年以来，骨缺损就一直是个困扰医学界的大难题。迄今为止，人类使用的自体移植骨、异体移植骨、异种骨都不能满足广泛的、复杂情况下的治疗需要，且这样那样的各种植骨并发症令人烦恼。上世纪90年代以来的骨组织工程学(Bone Tissue Engineering，BTE)则为骨缺损修复提供了长期希望。

骨组织工程学(BTE)的基本思路：干细胞+支架材料+构建。一个完整的BTE是由四个不可或缺的要素构成的：多能分化的干细胞，能够在体内外发展为成骨细胞，继而生成骨细胞;干细胞发育生长的骨架、通常是具备生物活性、模拟人体微孔结构的的无机或有机材料;促进分化、成骨和骨组织成熟的各种细胞因子;新骨发育和修复过程中所必需的血液循环。除了具备以上四个因素外，还有一个最关键、也是最难的问题，是实现以上各个要素的整合，真正建构出一个组织工程骨来。

借3D打印把骨组织直接打印出来

骨组织工程学这么好，在临床应用方面的进展却只能用“慢慢吞吞”来形容。迟缓的原因，最主要就两个：一是复杂而慢;二是不经济。骨缺损的修复不容许有漫长时间的等待，如旷日持久的实验室制备、合成、培养，这也会让治疗的经济代价高得不切实际，骨缺损的更需要有个性化的方案。正如到上海儿童医学中心求治的“外星人男婴”，主刀医生鲍南就表示，每一例狭颅症的矫形手术都是独一无二的。

在1999—2004年这段时间里，3D打印开始被用于细胞支架材料的打印，这可是个革命性的进步，骨组织工程学治疗所需的生物支架材料可以不受批量生产的限制，随时打印随时取用了。

是否可以用3D打印的方式，直接将细胞、蛋白分子和支架材料一股脑儿地直接打印出一个立体结构来呢?有位俄罗斯科学家Mironov认为，这是可行的。2009年，Mironov先生首先用计算机模拟出一个骨缺损部位的立体形态，然后进行3D的细胞、支架、成骨因子“一揽子”打印，再在培养箱里进行短时间的“孵育”，然后就可以把这个完全个性化地、同时具备人体新生骨骼一切必备要素的3D打印骨，移植在患者身上。Mironov把这个称之为“生物复制”。这个在骨科领域提出的“生物复制”概念，准确地说，是用当时还很新潮的3D打印技术，把骨组织直接打印出来。

3D打印技术应用于骨组织的直接打印，发展到今天，已经日渐成熟。在“外星人男婴”的治疗过程中，主刀医生鲍南表示，以前进行颅骨矫形手术全靠术中解剖后按实际情况凭经验实施，到底效果如何只能等手术结束，头皮缝合完后才能看出来。现在运用3D打印技术，术前就按1∶1的比例重现了畸形的头骨，鲍南医师一边在脑中想象着裁剪方案，一边在这个立体的、真实的头骨模型上画下了手术切割线。实物模型不仅为手术方案提供精准指南，还可以通过提前测量父母面部数据，为患儿塑形后的面容体现父母特征提供依据。

骨打印会变得越来越方便越来越快速

在Mironov的启发下，欧洲、美国的多支研究团队开发出了符合上述理念的3D打印骨制造技术。其中具有代表性的有“光固化成型”(或称“立体光雕”)技术。方法是，将细胞、蛋白质分子培养在一个基质溶液池子里，然后将激光束或紫外线射入这锅“细胞汤”，池子里的基质液体是光敏感性的，受照射后就快速凝固，通过控制光照的方向可以制造出3维形状的固体出来。这就好比是在家里自制布丁，所不同的是，用这种方法做出来的，是一个布丁液中的特殊形状布丁。立体光雕法的好处在于成型快速，但是缺点是每一层固化体之间的细胞流动和沟通不太通畅。

还有一种方法叫“生物墨水”技术，所用到的就如普通打印机那样的简易设备，不但廉价、安全、而且高度自动化。用这种方式打印出来的3D骨还具有很好的微孔性能，便于细胞的移动和增殖。缺点就是无法打那些体型较大的干细胞，没办法，还是喷嘴的缘故。

此外还有Bio-Plotting等简单易行的注射打印技术。可以说，骨打印会变得越来越方便、越来越快速，在3D打印一次性构建新生骨的同时，科学家们还通过基质(支架)材料不断优化、微孔性能不断改良的努力，使得这种3D打印出来的骨组织，在植入体内后，能够快速吸引新生血管的长入、钙磷等矿物质的沉淀、以及血液中各种细胞因子的汇聚，使得3D打印骨在最短的时间里变得坚固、与人体自身的骨骼融为一体。

3D打印的骨组织不仅为临床上大量的骨缺损患者带来了经济、高效、个性化的福音，还能够被用于药物试验、以及各种少见的骨疾病的研究，大大地改变我们的世界。

未来的3D打印骨，一定是在各项性能上与人体骨骼更加接近，并且能够随时打印、随时植入的，其方便程度，也许技术人员只需像今天的打字员那样，轻描淡写地问医生：“您是要喷墨的，还是要激光打印?”

声明：本网站所收集的部分公开资料来源于互联网，转载的目的在于传递更多信息及用于网络分享，并不代表本站赞同其观点和对其真实性负责，也不构成任何其他建议。本站部分作品是由网友自主投稿和发布、编辑整理上传，对此类作品本站仅提供交流平台，不为其版权负责。如果您发现网站上所用视频、图片、文字如涉及作品版权问题，请第一时间告知，我们将根据您提供的证明材料确认版权并按国家标准支付稿酬或立即删除内容，以保证您的权益！联系电话：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn。