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2020-06-12生物墨水大革命 可打造具功能性的骨組織
462 期
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【本刊訊】隨著3D列印技術發展日趨成熟，越來越多人透過這項技術實踐創意發想，如汽機車零組件、珠寶設計與建築模型等，甚至是製作醫用材料。近日，美國德州農工大學（Texas A&M University, TAMU）生物醫學工程系研究人員，研發出一款可列印性很高的「生物墨水（bioink）」，並可藉此仿製具功能性的人體骨組織。此研究刊登於美國化學學會《應用材料與介面》（Applied Materials and Interfaces）期刊。
生物列印，是以裝載細胞的生物材料作為墨水，並透過噴頭進行塑形；這些墨水在一開始仍屬液態，經沉積後便會固化成形。其實，生物列印的技術早已應用在骨移植的手術上，透過水凝膠、細胞及生長因子的結合，人們便可做出擬真的人體組織結構，可惜這種骨傷療法成本較高且過程耗時。此外，由於生物墨水乘載細胞體，又必須支撐整體結構，因此需有高度的結構穩定性、生物適用性與組織特定功能等，然而先前的墨水並無法滿足這些要求。
為此，TAMU生醫工程系助理教授葛哈瓦（Akhilesh K. Gaharwar）與研究團隊將固有技術做結合，打造出強化版的生物墨水──「奈米工程離子共架纏結（Nanoengineered Ionic-Covalent Entanglement, NICE）」。
根據ScienceDaily報導，在完成生物列印後，被包覆的細胞便會開始沉積出新的胞外基質蛋白（extracellular matrix protein），且可在無骨誘導劑協助的情況下，誘導被封閉在內的人體間質幹細胞（human mesenchymal stem cells, hMSCs）進行軟骨內分化（endochondral differentiation），並在接下來的三個月內鈣化成骨骼。此外，所印製的骨骼裡含有約5％的鈣質，類似於骨頭末端的鬆質骨（cancellous bone）。
而後，研究團隊利用全基因體定序（whole transcriptome sequencing），證實NICE生物墨水裡的生物活性成分──奈米矽酸鹽（nanosilicates）正是誘導幹細胞分化的關鍵。
葛哈瓦於報導中進一步解釋，利用這款墨水，可印出強度更高的支架結構，目前已能印製人體各部位，包括耳朵、血管、軟骨與骨段，亦能用以治療骨關節炎、骨裂、牙齒發炎和顱面缺陷等疾病。未來，研究團隊將展示3D列印骨植入體內的效果，若未來幾年順利開發上市，應能造福更多骨損傷的患者。
新聞來源
1.David Chimene et al., Nanoengineered Osteoinductive Bioink for 3D Bioprinting Bone Tissue, Applied Materials and Interfaces, 2020.
2.Lab engineers 3D-functional bone tissues, ScienceDaily, 2020.
