3D列印技術 造福人群

文/科學月刊編輯部 |2020.07.21
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文/科學月刊編輯部

隨著3D列印技術發展日趨成熟,愈來愈多人透過這項技術實踐創意發想,如汽機車零組件、珠寶設計與建築模型等,甚至是製作醫用材料。近日,美國德州農工大學(TAMU)生物醫學工程系研究人員,研發出一款可列印性很高的「生物墨水(bioink)」,並可藉此仿製具功能性的人體骨組織。此研究刊登於美國化學學會《應用材料與介面》期刊。

生物列印,是以裝載細胞的生物材料作為墨水,並透過噴頭進行塑形;這些墨水在一開始仍屬液態,經沉積後便會固化成形。其實,生物列印的技術早已應用在骨移植的手術上,透過水凝膠、細胞及生長因子的結合,人們便可做出擬真的人體組織結構,可惜這種骨傷療法成本較高且過程耗時。此外,由於生物墨水乘載細胞體,又必須支撐整體結構,因此需有高度的結構穩定性、生物適用性與組織特定功能等,然而先前的墨水並無法滿足這些要求。

科學家將固有技術做結合,打造出強化版的生物墨水。這樣子一來在完成生物列印後,被包覆的細胞便會開始沉積出新的胞外蛋白,並進行軟骨內分化,並在接下來的3個月內鈣化成骨骼。此外,所印製的骨骼裡含有約5%的鈣質,類似於骨頭末端的鬆質骨。

在研究的末期,研究團隊利用全基因體定序證實生物墨水裡的生物活性成分──奈米矽酸鹽(nanosilicates)正是誘導幹細胞分化的關鍵。利用這款墨水,可印出強度更高的支架結構,目前已能印製人體各部位,包括耳朵、血管、軟骨與骨段,亦能用以治療骨關節炎、骨裂、牙齒發炎和顱面缺陷等疾病。未來,研究團隊將展示3D列印骨植入體內的效果,若未來幾年順利開發上市,應能造福更多骨損傷的患者。

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