皮肤或者骨头在意外事故中严重损伤,怎么办?

来源:中科院之声

如果皮肤或者骨头在意外事故中严重损伤,怎么办?器官移植排异反应不良,如何应对?这些都成为当下生物医学领域面临的严峻窘境。3D生物材料打印或许能为医生对患者组织修复和重建提供切实可行的方案。

生物3D打印在生物医学领域大显身手

生物3D打印,简单来说,就是将生物材料(生物兼容性或者负载有活细胞)在计算机辅助下通过逐层增加材料的方式来实现3D实体的构筑。更厉害的是,该技术能够基于医学成像技术,比如CT或者MRI等对患者病灶部分进行精准建模,然后通过3D打印技术进行医学诊断或者治疗。

不同于一般3D打印仅仅制造3D模型或者构件,生物3D打印可以利用生物材料或者细胞制造真正的活体组织。基于这样优异的设计性能,使得生物3D打印在生物医学领域已经大显身手。

如图1所示,细血管疾病、骨组织修复、软组织修复再生,以及生物学研究方面都已经全面引入3D生物打印技术,并逐渐发展成为未来生物医学的核心技术力量。

3D打印软组织在生物医学领域尤为重要。相比于传统的2D细胞培养模式(在培养皿中培养),3D打印的体外三维微环境更接近生物体的实用性模型,使其在新药早期测试、减少动物实验、加快临床测试进程等方面具有重要意义。

3D打印的“果冻”,有望为病人“私人订制”

水凝胶作为典型的软材料,可以仿生细胞外基质的微环境,建立体外3D培养模型。但是水凝胶需要满足良好的打印性能、合适的机械性能、优异的耐溶胀性能以及生物兼容性/活性才能有用武之地,所以问题的关键是如何开发设计一种满足上述要求的可打印水凝胶。

近日,中国科学院兰州化学物理研究所王晓龙研究员团队,基于生物兼容的人工合成高分子和天然活性大分子制备物理交联水凝胶的策略,成功开发了3D打印水凝胶。

果冻、冰淇淋、水果软糖等用其爽滑的口感和各式各样的形状图案吸引着小朋友,其秘密在于一种天然多糖——卡拉胶赋予其魔力。考虑到卡拉胶优异的凝固性和弹性以及润滑的触感,王晓龙研究员团队成功开发了聚乙烯醇(PVA)+κ-卡拉胶的复配水凝胶墨水,借助墨水直写(Direct ink writing)打印技术(类似于挤冰淇淋或者奶油),实现复杂水凝胶结构的精细打印制备。

如图2所示,利用挤出形3D打印机制备好的水凝胶预成型结构,通过冷冻-解冻循环后处理技术,在水凝胶结构中形成物理交联网络,从而制备出高强度、耐溶胀的水凝胶。利用先进的3D打印技术,可以烹饪出形状各异的“果冻”。

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