三維生物列印製造人工類組織獲進展

近日， 中國科學院深圳先進技術研究院生物醫藥與技術研究所人體組織與器官退行性研究中心副研究員阮長順、研究員潘浩波、教授呂維加組成的研究團隊， 在三維生物列印製造人工類組織領域取得新進展。 研究團隊通過生物列印優化設計及誘導型生物墨水的研發， 構築精確排布成骨細胞的“活”人工骨組織。 製造的“活”人工骨， 不僅維持細胞短時間的高存活率（24小時內大於95%）， 並能實現細胞長時間的體內外功能化， 促進新骨再生。 相關研究成果以3D-Bioprinted Osteoblast-Laden Nanocomposite Hydrogel Constructs with Induced Microenvironments Promote Cell Viability, Differentiation, and Osteogenesis both In Vitro and In Vivo為題， 發表在Advanced Science上。

將成體細胞或幹細胞與生物材料複合作為生物列印墨水，

製造具有功能的人工組織與器官是組織修復再生的研究熱點和發展趨勢。 然而， 如何維持通過三維列印後活體細胞的短期活性， 並實現三維列印人工類組織在體內外的長期功能化， 是限制三維生物製造研究應用的瓶頸。 阮長順課題組從事三維生物列印及生物材料墨水的相關研究， 先後探索生物材料降解性能調控細胞行為和三維列印構建高強度納米複合水凝膠的人工骨組織研究。

研究中， 團隊搭建了一種多通道、常溫成型的三維生物製備系統（Bioscaffolder 3.1, GeSiM）。 基於該平臺， 通過材料優化構建， 實現以活性的高強度水凝膠/納米矽鎂鹽複合生物墨水構建穩固的骨修復支架支撐體系（第一通道）和以生物相容性優異的透明質酸包裹均勻分散的成骨細胞為維持細胞存活體系（第二通道）。

兩通道交替列印， 實現含細胞的“活”人工骨組織。 前期， 透明質酸提供細胞保護， 維持高細胞存活率和精確排布。 後期支撐體系控釋骨修復活性離子（鎂， 矽離子等）， 促進細胞分化和功能化。 進一步體內動物實驗證實， 該“活”類骨組織， 不僅具有在骨缺損部位優異修復能力， 還能實現異位新骨生成。 因此， 該研究將推動三維生物製造技術在組織修復再生中的應用。

研究工作得到了國家重點研發計畫、深圳市孔雀團隊、國家自然基金、國家高技術研究發展計畫（863計畫）廣東省青年拔尖人才及深圳市科創委等的資助。

三維生物列印構建“活”人工骨組織示意圖