適用于癌癥患者的生物3D打印定制化鼻軟骨方法

魔猴君  行業(yè)資訊   1325天前

阿爾伯塔大學(xué)（A）的研究人員開(kāi)發(fā)了一種生物3D打印定制化鼻軟骨的方法，用于患有面部面部畸形的癌癥患者。使用CELLINK 3D生物打印機(jī)，科學(xué)家們已經(jīng)能夠?qū)⒒颊呒?xì)胞和膠原蛋白水凝膠的混合物精確地沉積成鼻腔形狀，然后再將其培養(yǎng)成功能性的軟骨。鑒于正常的鼻移植物經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)肺部感染甚至塌陷的風(fēng)險(xiǎn)，因此該團(tuán)隊(duì)的植入物可能代表了治療未來(lái)癌癥患者面部腫瘤的更安全，更快捷的方法。

A醫(yī)學(xué)院牙學(xué)系的外科教授Adetola Adesida說(shuō)：“在一個(gè)人的體內(nèi)制作軟骨需要一輩子，而這種方法大約需要四個(gè)星期。因此，您仍然希望它必須經(jīng)過(guò)一定程度的成熟，尤其是當(dāng)植入體內(nèi)時(shí)。但從功能上講，它能夠完成軟骨所能做的事情?！?/span>

優(yōu)化重建手術(shù)

在北美，每年有超過(guò)300萬(wàn)人被診斷出患有非黑色素瘤皮膚癌，平均而言，其中40％的人會(huì)因此失去鼻子。盡管該程序至關(guān)重要，因?yàn)樗梢酝炀壬?，但它需要永久性去除鼻軟骨，?jīng)常使受影響的患者留下疤痕和面部變形。

此外，由于鼻細(xì)胞的血管形成較差，它們無(wú)法像人體其他部位那樣進(jìn)行再生，因此通常從患者的肋骨上獲取移植物，但這可能會(huì)導(dǎo)致并發(fā)癥。 當(dāng)外科醫(yī)生調(diào)整鼻子的形狀時(shí)，它是筆直的，但是當(dāng)它適應(yīng)新環(huán)境時(shí)，它將經(jīng)歷一個(gè)變形的時(shí)期，在這個(gè)時(shí)期它會(huì)翹曲，從視覺(jué)上看，這是個(gè)大問(wèn)題。”

肋骨隔室也是人體解剖學(xué)中高度敏感的區(qū)域，手術(shù)可能會(huì)使那些肺萎陷的患者面臨感染甚至死亡的風(fēng)險(xiǎn)。為了使移植的危險(xiǎn)性降低，美國(guó)大學(xué)的科學(xué)家們建議可以對(duì)患者特定的細(xì)胞移植物進(jìn)行精確的工程改造，以創(chuàng)建真實(shí)而堅(jiān)固的鼻部組織。

此前，研究小組設(shè)法將人鼻中隔軟骨細(xì)胞（hNCs）播種到膠原蛋白支架上，但是所得細(xì)胞的形狀和分布受到限制。然而，在研究人員的一項(xiàng)新研究中，他們現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)，生物打印可以提供實(shí)現(xiàn)均質(zhì)組織所需的準(zhǔn)確性，盡管只有與專(zhuān)為提供可行的細(xì)胞結(jié)構(gòu)而定制的生物墨水一起使用時(shí)，生物打印才能提供這種準(zhǔn)確性。

Adetola Adesida（如圖）領(lǐng)導(dǎo)了一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)的U，該研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了“ FRESH”生物打印技術(shù)。

圖片來(lái)自醫(yī)學(xué)與牙科學(xué)院的照片。

一種“新鮮”生物打印方法

鑒于I型膠原蛋白具有天然生物相容性并已獲得廣泛的臨床認(rèn)可，因此通常用于制作軟骨組織，但其低粘度確實(shí)限制了其可印刷性。為解決此問(wèn)題，科學(xué)家采用了懸浮液的自由形式可逆嵌入或“ FRESH”方法，包括將細(xì)胞與膠原蛋白預(yù)先混合，然后在明膠支持物中孵育配方。

隨著時(shí)間的流逝，支撐物會(huì)慢慢融化，留下一個(gè)組合結(jié)構(gòu)，隨后可以添加可溶性軟骨生成因子，以促進(jìn)其生長(zhǎng)。該團(tuán)隊(duì)的體外工程學(xué)方法被證明是有利的，因?yàn)樗顾麄兡軌蛎芮斜O(jiān)視軟骨發(fā)展的關(guān)鍵要素，一旦完成就使其“準(zhǔn)備就緒”。利用他們的FRESH模型，科學(xué)家最終能夠制造出多孔的鼻狀結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在短短6周內(nèi)就生長(zhǎng)成與天然同類(lèi)物無(wú)差異的組織。 SEM成像還顯示該結(jié)構(gòu)具有95％的細(xì)胞活力，研究人員觀察到它們與常規(guī)人類(lèi)軟骨具有“緊密的結(jié)構(gòu)相似性”。

然而，盡管他們的植入物顯示出最初的希望，但研究小組承認(rèn)，植入后的整合仍然難以預(yù)測(cè)，需要進(jìn)一步研究。結(jié)果，科學(xué)家們現(xiàn)在正在評(píng)估他們的實(shí)驗(yàn)室生長(zhǎng)的軟骨在動(dòng)物植入后是否仍保留其特性，目的是從現(xiàn)在起2-3年進(jìn)入人體試驗(yàn)。

團(tuán)隊(duì)生物打印標(biāo)本的3D模型，包括充滿細(xì)胞的鼻子形結(jié)構(gòu)。通過(guò)FASEB日記拍攝的照片。

生物打印癌癥治療

僅在過(guò)去的十二個(gè)月中，科學(xué)家就已經(jīng)部署了3D生物打印技術(shù)來(lái)生產(chǎn)各種各樣的細(xì)胞支架，每種支架都可以針對(duì)腫瘤生長(zhǎng)的不同元素進(jìn)行定制。在華盛頓州立大學(xué)（WSU），研究人員開(kāi)發(fā)了一種3D打印的注入大豆的骨支架，能夠抵抗癌細(xì)胞。

WSU小組的方法可減少樣本中的炎癥，使其有潛力成為幫助年輕的骨肉瘤癌癥患者的更溫和的治療方法。同樣，西班牙領(lǐng)導(dǎo)的研究小組最近配制了一種產(chǎn)生T細(xì)胞的水凝膠，可以將其3D打印到模仿癌癥淋巴結(jié)行為的組織中。

同時(shí)，名古屋市大學(xué)的科學(xué)家們已經(jīng)成功地使用魚(yú)明膠聚合物水凝膠對(duì)藥物輸送系統(tǒng)進(jìn)行了3D生物打印。可植入的貼片可以載有經(jīng)過(guò)癌癥治療的聚乙二醇化脂質(zhì)體阿霉素，也可能使其非常適合在其他領(lǐng)域進(jìn)行納米藥物遞送。

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