3D生物打印常常被認(rèn)為具有通過再生性植入物顛覆醫(yī)學(xué)世界的潛力，甚至有可能導(dǎo)致人造器官和組織的出現(xiàn)。在全世界有多家研究機(jī)構(gòu)都在進(jìn)行著3D打印細(xì)胞結(jié)構(gòu)的研究競(jìng)賽。但是，他們都面臨著一個(gè)重大的障礙：如何才能3D打印出一個(gè)支架，讓上面的細(xì)胞按照研究人員希望的方式生長(zhǎng)？如今，這一障礙正在被荷蘭Maastricht大學(xué)Moroni實(shí)驗(yàn)室的研究人員們解決，他們開創(chuàng)性地設(shè)計(jì)的幾個(gè)3D打印支架展示了如何通過漸進(jìn)式的影響使成體干細(xì)胞朝著骨骼細(xì)胞的方向分化。

　　顯而易見，這是邁向3D打印骨骼植入物非常重要的一步。據(jù)了解，獲得這一成果的Moroni實(shí)驗(yàn)室是歐洲最大的生物制造中心之一。該實(shí)驗(yàn)室成立于兩年前，隸屬于Maastricht 大學(xué)的MERLN再生醫(yī)學(xué)技術(shù)研究所。實(shí)際上，該實(shí)驗(yàn)室的淵源可以追溯至2009年，這個(gè)研究團(tuán)隊(duì)首次在Twente大學(xué)成立。從那時(shí)起，他們已長(zhǎng)成位Brightlands生態(tài)系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵組成部分。Brightlands一直致力于跟醫(yī)院臨床部門合作創(chuàng)立新的生物醫(yī)學(xué)3D打印項(xiàng)目。

　　據(jù)研究人員解釋稱，他們的目標(biāo)是開發(fā)出一個(gè)可以控制細(xì)胞“命運(yùn)”——它們是變成皮膚細(xì)胞、骨細(xì)胞還是其它類型的細(xì)胞——的3D支架的完整數(shù)據(jù)庫(kù)。“第一代產(chǎn)品中的細(xì)胞是懸浮在水凝膠、或著被植入3D多孔基質(zhì)當(dāng)中的。這些產(chǎn)品通過減少疼痛和恢復(fù)組織延續(xù)性證明了再生醫(yī)學(xué)治療的潛力。但是這些再生組織的功能并不總是跟原生的一樣。”他們解釋說。“這會(huì)在手術(shù)幾年后導(dǎo)致退化，因此還需要再次進(jìn)行手術(shù)。”

　　這里原因是多方面的，但是最主要的因素在于細(xì)胞增殖和穩(wěn)態(tài)所需要的需要3D環(huán)境。由于原始的細(xì)胞顯性缺失，導(dǎo)致增殖的細(xì)胞產(chǎn)生了不同的細(xì)胞外基質(zhì)，該基質(zhì)與它應(yīng)當(dāng)重新生成的靶組織并不一致。“此外，是用這些產(chǎn)品的外科手術(shù)通常要包括兩個(gè)步驟，即隔離和增殖取自組織活檢的細(xì)胞，以及在植入前將細(xì)胞種植在支架上。這通常需要患者在醫(yī)院待更長(zhǎng)的時(shí)間，從而增加了醫(yī)療費(fèi)用。”他們補(bǔ)充說。

　　而這個(gè)問題有可能通過“智能構(gòu)建”來(lái)克服，這種方法可以完全控制植入的干細(xì)胞的“命運(yùn)”，從而為各種再生醫(yī)學(xué)應(yīng)用鋪平了道路。“更好地控制細(xì)胞與材料之間的相互作用是維持組織結(jié)構(gòu)所必要的。它是控制干細(xì)胞在3D支架中休眠、增殖和分化，同時(shí)將細(xì)胞保持在原位的關(guān)鍵。”他們解釋說。在這個(gè)過程中，3D生物打印可以發(fā)揮巨大的作用，但新的技術(shù)和硬件的發(fā)展是絕對(duì)必要的。

　　該實(shí)驗(yàn)室獲得的最新成果是朝著正確的方向上邁出的重要的一步。因?yàn)樵谄浒l(fā)表的一系列論文中，他們已經(jīng)展示了3D打印技術(shù)是如何可以被用來(lái)設(shè)計(jì)和制造帶有嵌入結(jié)構(gòu)和物理-化學(xué)梯度的支架。據(jù)悉，正是這些梯度影響著成體干細(xì)胞朝著骨細(xì)胞方向的分化。“我們展示了孔隙大小和形狀的梯度是如何幫助源自成人間充質(zhì)干細(xì)胞（或基質(zhì)）的骨髓向骨骼系分化的。”他們說。“當(dāng)間充質(zhì)干細(xì)胞在孔隙大小變化的支架上培養(yǎng)時(shí)，他們能更好地分化成骨或軟骨（在軟骨或骨媒介存在的情況下）。”

　　更重要的是，這是一個(gè)很靈活的過程。在支架上的孔隙尺寸可以增加或減少，從使其分化成骨（增加時(shí)）或者軟骨（減少時(shí)）。“同樣地，當(dāng)孔隙形狀從偏正方形變化到更偏菱形形狀時(shí)，骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的分化方向也會(huì)從軟骨逐漸轉(zhuǎn)向骨。”他們補(bǔ)充說。