研究人员已经颠覆了传统的3D打印技术,以创建一些迄今为止最复杂的生物医学结构,从而推动了用于骨骼和组织再生的新技术的发展。


组织工程学的新兴领域旨在利用人体自愈的自然能力,重建因肿瘤或受伤而失去的骨骼和肌肉。


生物医学工程师的主要关注点是3D打印支架的设计和开发,该支架可以植入体内以支持细胞再生。


但是,要使这些结构足够小,足够复杂以使细胞存活,仍然是一个巨大的挑战。

颠覆传统的3D打印技术!新技术可以不使用3D打印医疗植入物模具

利用新的NEST3D技术创建的微小而复杂的生物医学结构。


进入由RMIT大学领导的研究团队,与澳大利亚墨尔本圣文森特医院的临床医生合作,他们推翻了传统的3D打印方法。


与直接制作生物支架不同,该团队将具有复杂图案的型腔的3D打印模具填充到生物相容性材料中,然后将其溶解掉。


该团队使用间接方法创建了指甲大小的生物支架,这些生物支架充满了精致的结构,直到现在,标准的3D打印机还是认为这是不可能的。


首席研究员Cathal O'Connell博士说,这种新的生物制造方法具有成本效益,并且易于扩展,因为它依赖于广泛可用的技术。


您可以使用标准3D打印机制作的形状受到打印喷嘴尺寸的限制,开口必须足够大才能让材料通过,最终影响到您可以打印的尺寸,副总裁O'Connell皇家墨尔本理工大学总理府博士后称。


但是印刷材料之间的间隙可以更小,更复杂。


通过颠倒我们的思维,我们实质上在3D打印模具内部的空白空间中绘制了所需的结构。这使我们能够创建微小而复杂的微结构,使细胞蓬勃发展。

颠覆传统的3D打印技术!新技术可以不使用3D打印医疗植入物模具

NEST3D技术背后的RMIT大学研究人员Stephanie Doyle和Cathal O'Connell博士。


多才多艺


奥康奈尔说,其他方法也能够创造出令人印象深刻的结构,但只能使用经过精确定制的材料,使用特定的添加剂进行调整或使用特殊的化学方法进行修饰。


他说,重要的是,我们的技术足够通用,可以立即使用医学级材料。


使用一台基本的高中级3D打印机创建如此复杂的形状是非常不寻常的。


这确实降低了进入该领域的门槛,并使我们朝着使组织工程学成为医学现实迈出了重要的一步。


这项研究发表在《先进材料技术》上,该研究是通过BioFab3D @ ACMD进行的,BioFab3D @ ACMD是位于墨尔本圣文森特医院的最先进的生物工程研究,教育和培训中心。


墨尔本圣文森特医院骨科外科医生克劳迪娅·迪·贝拉(Claudia Di Bella)副教授说,这项研究展示了当临床医生,工程师和生物医学科学家共同解决临床问题时打开的可能性。


迪贝拉说,临床医生面临的一个普遍问题是无法获得他们每天面临的问题的技术实验解决方案。


虽然临床医生是识别问题并考虑潜在解决方案的最佳专业人员,但生物医学工程师可以将这一想法变为现实。


学习如何在工程学和医学领域说一种通用语言通常是一个初始障碍,但是一旦克服了这种障碍,可能性将是无穷无尽的。


未来治疗工具包


目前,对于因疾病或受伤而导致大量骨或组织丢失,截肢或金属植入物以弥补缺损的常见结果的人而言,几乎没有治疗选择。


尽管在世界范围内进行了一些组织工程学的临床试验,但3D生物打印技术要成为外科医生工具包的标准组成部分,仍然需要解决关键的生物工程学挑战。


在整形外科中,主要的症结在于发展了既可跨骨又可软骨的生物支架。


O'Connell说,我们的新方法很精确,我们可以在一个生物支架中创建专门的骨骼和软骨生长微结构。


这是外科手术的理想选择-一种可以同时支持两种细胞的整合支架,以更好地复制人体的工作方式。


对人体细胞的测试表明,使用新方法构建的生物支架是安全且无毒的。


研究人员的下一步将是测试设计,以优化细胞再生,并研究不同生物相容性材料组合对细胞再生的影响。


分步指南:如何反向打印生物支架


研究人员将这种新方法称为3D负性牺牲模版(NEST3D)印刷-使用简单的PVA胶作为3D打印模具的基础。


注入模具的生物相容性材料凝固后,将整个结构置于水中以溶解胶水,仅留下培养细胞的生物支架。


该研究的第一作者,博士研究员史蒂芬妮·道尔(Stephanie Doyle)表示,该方法使研究人员能够快速测试材料的组合,从而确定对细胞生长最有效的材料。


多伊尔说,我们先进的注塑技术的优势在于它的多功能性。


我们可以使用多种材料生产数十种试验性生物支架,从可生物降解的聚合物到水凝胶,有机硅和陶瓷,无需严格的优化或专业设备。


我们能够生产宽度仅为200微米,四根人类头发的宽度的3D结构,其复杂性可以与基于光的制造技术相媲美。


它可能是生物制造和组织工程研究的巨大加 速器。


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