影響幹細胞「命運」的3D列印骨組織工程支架

通過人工培養的骨骼組織對缺損的骨骼進行修復是再生醫學領域努力的方向。組織工程支架和取自於人體的幹細胞是進行人工骨骼培養時使用的「原材料」，幹細胞將在人工環境下定向分化和擴增，而組織工程支架就相當於是人造的細胞外基質，為細胞提供成長環境。

幹細胞是一種會「變」的細胞，它們具有自我更新和分化的能力，在不同的培養條件下，幹細胞可以變成不同種類、具有不同功能的細胞。所以想讓幹細胞分化成為骨骼細胞，就需要為它們提供一些特定的培養條件。近日，荷蘭Maastricht大學Moroni實驗室研發的3D列印支架就為幹細胞定向分化成為骨骼細胞創造了有利條件。

支架孔隙影響幹細胞的「命運」

Moroni實驗室是歐洲最大的生物製造中心之一，隸屬於Maastricht大學的MERLN再生醫學技術研究所。Moroni實驗室致力於開發出可以影響幹細胞「命運」的3D列印支架，幹細胞在不同的支架上分化成為不同類型的細胞，例如皮膚細胞、骨細胞等，實驗室還將為這些不同的分化結果建立起完整的資料庫。

圖片來源：3ders

實驗室的科研人員表示，上一代人工骨骼組織產品可以幫助患者減少疼痛和恢復缺損的組織，已體現出它們在再生醫學治療中的潛力。但是上一代再生組織的功能與人體原生組織相比仍有差距，它們將在手術幾年後退化，從而需要再次進行手術。此外，使用上一代人工骨骼產品治療骨骼缺損的周期較長，包括分離和增殖取自人體組織活檢細胞的過程，以及將細胞種植在支架上的過程，這通常需要患者的住院時間更長，增加了醫療費用負擔。

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隨著幹細胞分化技術的發展，人工培養骨骼組織的「取材」過程將更加便利，以上問題也將得到改善。Moroni實驗室「智能構建」的3D列印支架為幹細胞的定向分化創造了有利條件。Moroni實驗室的3D列印支架帶有孔隙和物理-化學梯度，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。

圖片來源：3ders

3D科學谷了解到，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列印技術在骨組織工程支架製造中發揮的主要作用是製造出仿生的孔隙，這與3D列印技術在製造金屬骨科植入物中發揮出的優勢是類似的。

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