科学家找到3D打印更接近天然软骨组织的方法

（原标题：科学家找到3D打印更接近天然软骨组织的方法）

对于那些希望扩展生物打印技术的科学家们来说，软骨是一种很好的目标组织，因为它只有一种细胞类型，而且组织内没有血管。不过它也是无法自我修复的组织，软骨一旦损坏，就无法恢复。

在以前，科学家们关于培育软骨的尝试是从将细胞植入水凝胶（一种聚合物链组成的物质，90%的成分是水）开始的，这种水凝胶可以作为支架用于生长组织。

“水凝胶不允许细胞正常生长。”Ozbolat说，他也是宾夕法尼亚州Huck生命科学研究所的成员。“水凝胶限制了细胞，不允许细胞像在原生组织中那样相互沟通。”这导致最终产生的组织不具有足够的机械完整性。而且退化的水凝胶也会产生有毒的化合物，不利于细胞生长。

为此，Ozbolat和他的研究团队开发出了一种方法，无需使用支架即可制造出更大规模的组织。他们创建了一个很小的——直径仅为百分之三到百分之五英寸——藻酸盐（一种海藻萃取物）制成的管。科学家们将软骨细胞注入该管中，使他们在其中生长一个星期左右，导致彼此粘连起来。由于细胞不会粘到海藻上，他们可以将这个管子去除掉，留下一股（或者一缕）软骨。科学家们在其最新一期的《Scientific Reports》上报告了他们的研究成果。

最后，研究人员将成股的软骨代替生物墨水用于3D生物打印，这种3D生物打印机使用了专门设计的原型喷嘴，可以挤出这种软骨“线材”。这种3D打印机可以根据研究人员的需要将这些软骨“线材”铺成任何图案。大约半小时后，等这些软骨补丁相互之间有了足够的粘结力，并可以移到培养皿中之后，研究人员再把它们放在营养液里，使它们能够进一步融合成一块单一的组织。最终，这些成条的软骨“3D打印线材”会充分连接和融合在一起。

一片3D打印的软骨在营养液中的一块骨头底座上

“我们可以安照任何需要的长度制造出这些成股的软骨。”Ozbolat说：“因为没有支架，这个打印软骨的过程是可扩展的，所有我们可以获得比较大的补丁。我们可以通过垂直打印这些“线材”来模仿真实的关节软骨，或者横向来模仿自然的结构。”

据天工社了解，最终研究团队制造出来的人工牛软骨非常类似于原生的牛软骨。尽管其力学性能还是不如那些天然软骨，但是比使用水凝胶做支架的软骨要强。不过需要指出的是，天然软骨是在关节的压力环境中形成的，因此Ozbolat认为，如果对人工软骨施加机械压力将改善其力学性能。

另外，科学家们称这一过程也可以用于制造人体内的软骨，材料来源包括人体内现有的软骨或者通过干细胞分化为软骨细胞。

美国国家自然科学基金（NSF）、爱荷华价值成长基金（ Grow Iowa Value Funds）和中国学术基金（China Scholarship Fund）支持了这项研究工作。