团队设计了具有3d功能的骨组织

副教授Akhilesh K. Gaharwar博士开发了一种高度可打印的生物墨水，作为生成解剖级功能组织的平台。这项研究最近发表在美国化学学会的应用材料与界面。

生物打印是一种新兴的增材制造方法，它将水凝胶等生物材料与细胞和生长因子结合，然后打印出来制造组织模仿自然组织的类似结构。

这种技术的一个应用可以是针对病人进行设计骨移植物，这个领域正引起研究人员和临床医生的兴趣。管理骨缺损而通过传统疗法治疗的损伤往往是缓慢和昂贵的。Gaharwar说，开发替代骨组织可以为关节炎患者创造令人兴奋的新疗法，骨折，牙齿感染和颅面缺损。

生物打印需要充满细胞的生物材料，它们可以像液体一样通过喷嘴流动，但几乎在沉积的同时就会凝固。这些生物墨水既需要作为细胞载体，又需要作为结构组件，这就要求它们具有高度可打印性，同时提供一个健壮且对细胞友好的微环境。然而，目前的生物墨水缺乏足够的生物相容性、可打印性、结构稳定性和组织特异性功能，这是将这项技术转化为临床前和临床应用所需要的。

为了解决这个问题，Gaharwar的研究小组正在努力开发被称为纳米工程离子共价纠缠(NICE)生物墨水的高级生物墨水。NICE生物墨水是两种强化技术(非强化和离子共价网络)的结合，它们共同提供更有效的强化，从而产生更强的结构。

一旦生物打印完成，满载细胞的NICE网络就会交联形成更坚固的支架。这项技术使实验室能够对人体各个部位进行全尺寸的、细胞友好型的重建，包括耳朵、血管、软骨，甚至骨骼部分。

生物打印完成后不久，被包围的细胞开始沉积富含软骨样细胞外基质的新蛋白质，这些细胞外基质随后钙化，在三个月的时间内形成矿化骨。几乎5%的打印支架由钙组成，钙类似于松质骨，是典型的脊椎骨中的海绵组织网络。

为了了解这些生物打印结构是如何诱导干细胞分化的，我们使用了下一代基因组学技术全转录组测序(RNA-seq)。RNA-seq在特定时刻对细胞内所有的遗传通信进行快照。该团队与德克萨斯农工大学健康科学中心的Irtisha Singh博士合作，他是共同研究者。

Gaharwar说:“3d生物打印的下一个里程碑是生物打印结构朝着生成功能性组织的方向成熟。”“我们的研究表明，NICEbioink可以用来设计具有3d功能的骨组织。”

未来，Gaharwar的团队计划在体内展示3d生物打印骨组织的功能。

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