韓國通過藍光MSTL微型3D列印技術來製造幹細胞培養支架

幹細胞具有發展成人體所有類型的細胞的能力，或者是通過引導來分化成特定的細胞類型，為生產類器官奠定，並且通過3D列印技術製造的干細跑培養支架，所培養的生物組織可以用於藥物開發和個性化的藥物測試。

韓國理工大學和韓國加通大學最新的研究表明，使用微型3D列印技術可以進行組織工程研究。研究人員通過藍光微立體光刻技術（MSTL）製作了適合骨細胞再生的支架。

圖片：三維列印的細胞支架（左）和通過電子顯微鏡（SEM）顯示的3D設計。

MSTL技術

干細跑培養支架的新途徑

藍光MSTL是一種高解析度3D列印技術，能夠製作具有數十至數百微米特徵尺寸的物體。這種解析度是應用於細胞支架（支持生物組織生長的結構）的不錯選擇。

韓國理工大學和韓國加通大學通過MSTL技術製作出來的微孔支架外觀僅有4×4×4mm，孔徑為200×200μm。這個結構先是通過MSTL技術以可生物降解的光聚合物材料3D列印出來，隨後支架被裝上可培養形成骨髓的幹細胞。

緊接著，支架被放置在生物反應器中以利於細胞的生長和繁殖。生物反應器內模擬了血流的環境，並通過引入磁場來刺激細胞增殖，暴露於磁場的細胞在孵育1,3和7天後表現出更高的增殖速率。

圖片：細胞的靜態和生物反應器培養中增殖速率的比較。

該過程表明這種方法具有「減少骨替代手術成本的潛力」，因為它減少了創建骨組織所需的時間，從而降低了樣品失效和損失的風險。

圖片：生物反應器內第3天後的活細胞

支架中的孔隙對於骨骼再生起到重要作用，理想的骨組織工程支架孔徑最好與正常骨單位的大小相近，在維持一定的外形和機械強度的前提下，通常要求骨組織工程支架的孔隙率儘可能高，同時孔間具備連通孔隙，這樣有利於細胞的黏附和生長，促進新骨向支架內部的長入，利於營養成分的運輸和代謝產物的排出。

3D列印技術可以靈活的製造出支架中大小不一的孔隙尺寸，以及不同的孔隙形狀。而支架上不同尺寸和形狀的孔隙將在幹細胞分化成為不同功能細胞的過程中發揮一定作用（實現幹細胞的分化還需要其他的誘導因子），例如在孔隙尺寸增大時幹細胞將分化為成骨，變小時則分化為軟骨；當孔隙形狀從正方形變化到菱形時，骨髓間充質幹細胞的分化方向將會從軟骨逐漸轉向骨。

可以說，目前有多種不同的3D列印方法在骨科領域進行嘗試。在天津大學、中國科學院和香港大學最近的一項研究中，研究人員創建了一種基於粘土的材料，通過3D列印技術可以促進大鼠脛骨缺損的加速再生。來自凱斯西儲大學的另一種方法是使用石墨烯融合PLA通過3D列印出更強的骨骼運動支架。而荷蘭Maastricht大學Moroni實驗室則研發出3D列印支架，可以為幹細胞定向分化成為骨骼細胞創造有利條件。

未來還有許多奇妙的應用。或許我們可以暢想幹細胞技術將被用來徹底改變器官移植的應用，作為替代器官可以通過患者自身細胞的生長來獲取。並且這一創新提供了大量的組織工程處理具體疾病的潛在解決方法。包括心臟病和神經退行性疾病，如帕金森病。

本文討論的通過藍光3D列印系統製作干細跑培養支架的應用發表於「機械科學與技術學報」第31卷第5期。

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