論文：手持式生物3D打印機(jī)治療骨骼肌損傷

手持式生物3D打印機(jī)是一種便攜式的新型設(shè)備，如果讓醫(yī)生和醫(yī)院工作人員可以使用，在治療創(chuàng)傷時(shí)會不會很方便？

這種新設(shè)備并不是很常見，通常都是高度定制的。然而，研究人員已經(jīng)意識到他們對創(chuàng)傷護(hù)理的重要性。

加拿大多倫多大學(xué)開發(fā)的一種便攜式皮膚3D打印機(jī)

此前，南極熊已經(jīng)報(bào)道了一些手持式生物打印機(jī)的項(xiàng)目，這些打印機(jī)在手術(shù)過程中將細(xì)胞直接遞送到骨骼和軟骨上，以及治療角膜潰瘍，主要用于通過軟骨和皮膚再生來治愈燒傷創(chuàng)面；具有巨大的潛力。這就是為什么在今年早些時(shí)候，來自康涅狄格大學(xué)牙科醫(yī)學(xué)院的一組生物醫(yī)學(xué)工程師開發(fā)了一種手持式3D生物打印機(jī)，可以徹底改變肌肉骨骼外科手術(shù)的方式。

生物打印機(jī)使外科醫(yī)生能夠沉積支架材料，以幫助支持細(xì)胞和組織直接生長到骨骼肌衰弱的缺損部位，由康涅狄格大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系副教授Ali Tamayol開發(fā)，能夠?qū)φ澈蟿┲Ъ苓M(jìn)行3D原位打印。專家甚至認(rèn)為這是快速而精確地填充復(fù)雜骨骼肌組織缺損的解決方案。

載有細(xì)胞的GelMA水凝膠的原位生物打印用于治療VML損傷（圖片：ACS Appl。Bio Mater。2020，3，3，1568-1579）

Tamayol的研究最近發(fā)表在《美國化學(xué)學(xué)會》雜志的一篇文章中，標(biāo)題為“In Situ Printing of Adhesive Hydrogel Scaffolds for the Treatment of Skeletal Muscle Injuries.”。根據(jù)研究者的說法，目前的重建手術(shù)方法在治療肌肉損失（骨骼肌的創(chuàng)傷性或手術(shù)性喪失，導(dǎo)致功能受損）方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

他們認(rèn)為，3D打印技術(shù)作為幫助重建肌肉的新興解決方案而出現(xiàn)。然而，對缺損部位進(jìn)行成像，處理渲染計(jì)算機(jī)模型并打印合適的支架，所需的時(shí)間和設(shè)備會妨礙創(chuàng)傷后即時(shí)治療。

為了克服這些挑戰(zhàn)，這項(xiàng)新的研究提出將基于明膠的水凝膠直接打印到缺損區(qū)域并在現(xiàn)場進(jìn)行交聯(lián)。

Tamayol指出：“打印機(jī)堅(jiān)固耐用，可以用纖維狀支架適當(dāng)填充空腔，其中纖維類似于天然組織的結(jié)構(gòu)。” “這是新一代3D打印機(jī)，可讓臨床醫(yī)生直接在患者身體上打印支架，最重要的是，不需要復(fù)雜的成像和打印系統(tǒng)�！�

手持式、部分自動化的生物打印機(jī)是一種能夠連續(xù)擠出生物材料的設(shè)備，并且包括一個(gè)集成的紫外線（UV）光源，用于固化擠出的生物墨水，墨水能夠就地打印粘合支架，達(dá)到肌肉損傷相關(guān)的治療。研究人員聲稱，該平臺可以立即打印出光可固化的水凝膠，例如明膠甲基丙烯酰（GelMA）。 GelMA是一種膠原蛋白衍生的生物材料，可緊密模擬天然骨骼肌的細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）。此外，GelMA粘附于人體組織并已用作生物粘附劑，但他們表示，它們率先研究GelMA粘附性的人水凝膠作用于骨骼肌。

手持式3D生物打印機(jī)，配有紫外線光源，用于打印支架的原位固化（圖片：ACS Appl。Bio Mater。2020，3，3，1568-1579）

研究表明，GelMA的原位打印有望消除對其他手術(shù)的需求，并解決基于水凝膠的支架植入的挑戰(zhàn)，并且生物打印機(jī)的支架可精確粘附在損傷的周圍組織上，并模仿膠體的特性。現(xiàn)有的組織，無需任何縫合。

布萊根婦女醫(yī)院（哈佛醫(yī)學(xué)院教學(xué)醫(yī)院）的合著者和整形外科醫(yī)生Indranil Sinha ， 具有治療肌肉損傷的專業(yè)知識，他說：“目前，對于患有體積性肌肉損失的患者，尚無一個(gè)好的解決方案�？啥ㄖ频拇蛴∧z為新的治療方案奠定了基礎(chǔ)，該方案可以改善我們對創(chuàng)傷患者的護(hù)理。”

從公開的材料中可以清楚地看出，成功植入基于水凝膠的支架需要打印非常特殊的生物材料，材料將粘附在缺損部位。并且，盡管已經(jīng)在體外創(chuàng)建了模擬骨骼肌的生物打印支架，但研究人員稱這些支架尚未成功用于實(shí)際受試者，現(xiàn)有的3D生物打印技術(shù)存在一些問題。

相反，Tamayol的解決方案解決了這個(gè)問題，因?yàn)楫?dāng)在具有體積性肌肉損傷的小鼠上進(jìn)行測試時(shí)，成功打印的基于明膠的水凝膠生物油墨可以有效地附著在缺陷部位。實(shí)際上，在Tamayol治療后，小鼠的肌肉肥大明顯增加，即肌肉細(xì)胞的增加和生長。

通過原位打印將GelMA水凝膠通過外科手術(shù)植入具有一定體積的肌肉丟失損傷的小鼠中（圖片：ACS Appl。Bio Mater。2020，3，3，1568-1579）

由15位專家組成的團(tuán)隊(duì)能夠證明該生物打印機(jī)與各種類型的生物墨水兼容，包括可光固化的水凝膠和通常在組織工程和生物打印中使用的聚合物溶液，并且該生物打印機(jī)能夠在非平坦表面上進(jìn)行打印，這不能使用常規(guī)的固定式生物打印機(jī)即可實(shí)現(xiàn)。他們還測試了GelMA水凝膠原位打印在治療肌肉損傷中的可行性。

編譯自：3dprint