3D生物打印鼻軟骨可用于癌癥治療，你信嗎？

2021年5月7日，南極熊獲悉，加拿大阿爾伯塔大學的研究人員開發(fā)了一種3D生物打印定制化鼻軟骨的方法，用于治療患有面部畸形的癌癥患者。

阿爾伯塔大學的科學家使用CELLINK 3D生物打印機，已經(jīng)能夠將患者細胞和膠原蛋白水凝膠的混合物精確地沉積成鼻腔形狀，然后再將其培養(yǎng)成功能性的軟骨。鑒于正常的鼻移植物經(jīng)常會出現(xiàn)肺部感染甚至塌陷的風險，因此該團隊的植入物可能代表了未來治療癌癥患者面部腫瘤的更安全，更快捷的方法。

阿爾伯塔大學醫(yī)學院牙科系的外科教授Adetola Adesida說：“在一個人的體內(nèi)制作軟骨需要一輩子，而這種方法大約需要四個星期。因此，您還需要等待它的技術成熟到一定程度，尤其是在植入體內(nèi)時。但從功能上講，它能夠完成軟骨所能做的事情�！�

優(yōu)化重建手術

在北美，每年有超過300萬人被診斷為非黑色素瘤皮膚癌，平均40%的人會出現(xiàn)需要截骨的鼻子病變。雖然這項手術是必要的，因為它可以挽救生命，但它需要永久性切除鼻軟骨，往往會留下疤痕和面部毀容。

另外，考慮到鼻腔細胞的血管形成性較差，它們無法像人體其他部位那樣進行再生，因此通常從患者的肋骨上獲取移植物，這可能會導致并發(fā)癥。Adesida解釋說：“當外科醫(yī)生調(diào)整鼻子的形狀時，它是筆直的，但是當它適應新環(huán)境時，它將經(jīng)歷一個變形的時期，在這個時期它會翹曲。從直觀視覺上看，這是個問題。”

肋骨也是人體解剖學中高度敏感的區(qū)域，手術可能會使那些肺部塌陷的患者面臨感染，甚至死亡的風險。為了減少移植的危險性，美國科學家建議，可以精確地設計病人特定的細胞移植物，以創(chuàng)造出真實而強健的鼻組織。

此前，研究小組已經(jīng)成功地將人鼻中隔軟骨細胞（hNCs）植入到膠原支架上，但最終得到的細胞在形狀和分布上受到限制。然而，他們在新的研究中發(fā)現(xiàn)，生物打印提供了獲得均勻組織所需的精度，盡管只有在與定制的生物墨水一起使用時，但這種墨水可以提供可行的細胞結構。

△Adetola Adesida（如圖）與美國一個研究小組共同開發(fā)了“實時監(jiān)測”的生物打印技術。圖片來自美國醫(yī)學院牙科系

“實時監(jiān)測”的3D生物打印方法

鑒于I型膠原具有天然的生物相容性，并已得到廣泛的臨床認可，它通常用于軟骨組織的制造，但其低粘度的特性確實限制了打印適用性。為了解決這個問題，科學家們采用了一種形式自由可逆的懸浮水凝膠包覆和“實時監(jiān)測”的方法，包括將細胞與膠原蛋白預先混合，然后在明膠載體中培育出打印配料。

隨著時間的推移，支撐物慢慢融化，留下一個組合結構，隨后可以添加可溶性軟骨生成因子，以促進其生長。該團隊的體外工程方法被證明是有效的，因為這是他們能夠密切監(jiān)測軟骨發(fā)育的關鍵要素，一旦生長完成便意味著“手術準備就緒”。

科學家們利用實時更新的模型，最終能夠制造出多孔的鼻狀結構，這些結構在短短6周內(nèi)就生長成了與它們的原生同類物毫無差別的組織。掃描電鏡成像還顯示，這些結構的細胞存活率為95%，研究人員觀察到它們與傳統(tǒng)的人類軟骨有著“非常相似的結構”。

然而，盡管他們的植入物展現(xiàn)出了新的希望，但研究小組承認，植入后的整合仍然難以預測，需要進一步研究。目前，科學家們正在評估他們的實驗室生成的軟骨在動物體內(nèi)植入后是否保留其特性，目標是從現(xiàn)在起2-3年內(nèi)進入人體試驗階段。

△3D生物打印標本的模型，包括布滿細胞的鼻形結構。圖片來自FASEB期刊

3D生物打印用于癌癥治療

僅在過去的十二個月當中，就已經(jīng)有多位科學家采用3D生物打印技術來生產(chǎn)各種各樣的細胞支架，每種支架都可以針對腫瘤生長的不同元素進行定制。在華盛頓州立大學（WSU），研究人員開發(fā)了一種3D打印的注入大豆的骨支架，能夠抵抗癌細胞。

WSU小組的方法可減少樣本中的炎癥，使其有潛力成為幫助年輕的骨肉瘤癌癥患者的更溫和的治療方法。同樣，由西班牙領導的研究小組最近配制了可產(chǎn)生α-T細胞的水凝膠，可將其3D打印到模仿癌癥淋巴結行為的組織中。

同時，日本名古屋市立大學的科學家們已經(jīng)成功地使用基于魚明膠的聚合物水凝膠對藥物輸送系統(tǒng)進行了3D生物打印�？芍踩氲馁N片可以載有用于癌癥治療的聚乙二醇化脂質體阿霉素，這種方法也可能非常適合在其他領域進行納米藥物輸送。

本文研究人員的相關發(fā)現(xiàn)在題為“Bioprinting of human nasoseptal chondrocytes‐laden collagen hydrogel for cartilage tissue engineering”的論文中進行了詳細說明。

論文鏈接：https://faseb.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1096/fj.202002081R