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目前,如果有人因為意外或疾病而導致缺失了一塊骨頭,就必須用身體其他部位的骨頭來替換。然而,有一天,一種新的含有細胞的凝膠可能會被3D列印到受傷部位,然後在那裡硬化,以替代缺失的骨頭。

事實上,現在醫學技術已經允許各種各樣的實驗材料可以放置在人體骨頭缺失的空腔中。它們就像一種三維的微結構支架,細胞從鄰近的骨組織逐漸遷移到其中。然後,這些細胞繼續繁殖,直到它們最終用實際的骨骼替換支架材料。

上圖:使用3D印表機將生物墨水(洋紅色)擠壓到模擬骨腔的容器中

為了尋找一種更快的替代方法,澳大利亞新南威爾士大學悉尼分校的科學家發明了一種基於磷酸鈣的“生物墨水”凝膠,這種凝膠已經含有病人自己的活骨細胞。在一種被稱為細胞懸浮液陶瓷全向生物列印(COBICS)的技術中,這種無毒凝膠可以直接3D列印到患者的骨缺損處。在暴露於體液的幾分鐘內,它開始變硬,形成一種由機械聯鎖的骨礦物奈米晶體組成的類骨材料。

然後,固體材料中的細胞可以繼續繁殖,最終用天然活骨取代它。針對性的動物實驗現在正在計劃中,用以驗證這一過程的有效性。

雖然,還有其他一些實驗性的骨替代材料可以用細胞“預先植入”,但由它們製成的植入物通常必須事先利用有毒化學物質和高溫爐進行生產。相比之下,COBICS凝膠則可以簡單地直接擠壓到骨骼中。

上圖:研究人員準備使用coics技術3d列印一塊骨頭。

主持這項研究的科學家表示:“我希望有一天,需要骨移植的患者來到診所,在那裡他們的骨骼解剖結構被成像,轉換到3D印表機中,並直接用他們自己的細胞列印到缺損的空腔中。如果該技術能成功,這將從根本上改變目前的做法,大幅減少病人的痛苦,快速治癒骨骼損傷,並最終拯救生命。”

一篇關於COBICS技術的論文最近發表在《高階功能材料》(Advanced Functional Materials)雜誌上。另外,COBICS技術也可用於生產用於研究或藥物測試的活骨。

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