【人人都能是金剛狼】科學家實驗用生物 3D 列印,成功修復受傷的軟骨

【我們為什麼挑選這篇文章】目前初步實驗,用 3D 生物列印功能,能夠在白老鼠身上成功複製人類耳朵,若未來技術成熟,「自我修復」功能或許能從科幻電影實現到現實世界。(責任編輯:戴慈慧)

受傷後自我修復,是科幻作品裡一個常見的設定。《魔鬼終結者》的 T-1000 機器人,身體由液態金屬構成,被摧毀後能自己恢復。

《X 戰警》中,金剛狼的突變能力,讓他可以在短短幾秒內再生受損組織。

《全面進化》的科學家威爾,利用納米技術,修復了人體受傷的部分。

科幻作品所呈現,無需外科手術、在人體內進行自我修復,離現實依舊遙遠。但借助科學手段,能一定程度實現體內組織重生。

《Science》子刊《Science Advances》近日刊發了一篇論文《Noninvasive in vivo 3D bioprinting》(無創體內 3D 生物打印)。論文實驗結果表明,研究者成功實現了在體內 3D 打印器官。

事實上,3D 生物打印技術用於修復組織和器官,是臨床醫學的一個趨勢,但通常需要進行外科手術。

要麼,在體外完成 3D 打印後,手術植入體內。要麼,先通過外科手術切開相應部位,然後在暴露的外傷中進行 3D 打印。

這些 3D 生物打印方式,難以滿足特定臨床應用。比如,對於皮膚下內傷,外科手術暴露的創傷,會損壞周圍組織,從而引起繼發性傷害。而對於整形外科,手術留下傷疤會影響美觀。無創 3D 生物打印,正是這些問題的解法。

在上述論文中,研究者借助數字顯微鏡、近紅外光線和「生物墨水」,在小鼠上成功實現體內 3D 打印類人耳朵。

首先,研究者會注射「生物墨水」進小鼠背部。這種「墨水」實際上是一種水凝膠顆粒和軟骨細胞的組合。

接著,通過控制電腦把定制的耳朵形狀模型,發送到數字顯微鏡設備(Digital Micromirror Device)。

無創 3D 生物打印流程

然後,借助近紅外光線,把數字顯微鏡設備的耳朵形狀圖案,投射到「生物墨水」上。墨水中包含了納米引發劑,能引發光聚反應。水凝膠顆粒會粘在一起,並且一層一層地發展出耳朵形狀的結構。

一個月後,軟骨細胞會圍繞著水凝膠結構生長出來,最終會越來越像真人耳朵的軟骨形狀。在實驗中,小鼠沒有發生重大炎症或其他副作用。

研究結果驗證了,在有機體內進行無創 3D 生物打印是可行的。

(圖片 G 是用無創 3D 生物打印構建的耳朵)

這種技術可被用於治療小耳症。小耳症又稱先天性耳道閉鎖,表現為出生時耳朵比較小,且沒有外耳道。

每個地區的小耳症流行率不同,按每 1 萬個新生兒計算,最低的地區平均有 0.83 個患有小耳症,最高的地區(亞洲)有 17.4 個。

通常,治療小耳症需要進行外科手術,把人工打造的外耳植入患者的耳朵部位。如上所述,外科手術可能會引起額外的損傷,需要用到無創體內 3D 生物打印技術。

研究人員表示,除了小耳症,這項技術還可能用於修復鼻子、手指、腳趾或肘部等受損的軟骨。而對於髖關節和膝關節深部的軟骨缺損,更難實現修復,因為所用到的近紅外光,通常只能穿透約 2 釐米。

這項研究的長遠目標,是希望用該技術來修復心臟或肺等其他受損器官。這比修復軟骨要困難得多,因為心臟和肺部包含更多細胞類型,所處位置更深,並且在不斷地縮放。

參考資料

Human-like ears 3D-printed inside mice as surgery-free spare parts

(本文經 品玩 授權轉載,並同意 TechOrange 編寫導讀與修訂標題,原文標題為 〈体内修复受损组织和器官,不再是科幻电影里的想象 〉。首圖來源:pixababy)

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