洛桑联邦理工学院 (EPFL) 的研究人员开发了一种利用羟基磷灰石 (HA) 3D 打印多孔支架的方法，羟基磷灰石是骨骼的主要矿物成分。这一过程在室温下进行，由天然酶驱动，生成的支架在矿化后四天内即可承受成年人的重量，并在七天内完全承重。
由于骨组织工程需要高温加工，因此传统的 HA 基支架生产会遇到一些问题，这会消耗大量能源，并阻止酶等生物活性成分的加入。EPFL团队开发了一种可打印和可注射的墨水，从而规避了这些限制。
骨骼重塑的工程空间
这种墨水是通过将碱性磷酸酶嵌入明胶微粒中制成的。然后将这些微粒在钙离子和磷酸根离子溶液中孵育，酶会触发HA晶体的形成，从而使打印结构变硬并增强强度。
经过四天的矿化作用，复合材料可以在仅 1.5厘米 x 1.5 厘米的面积上支撑一个成年人的平均体重。研究团队还将不含酶的明胶微碎片掺入支架中。这些微碎片在孵育过程中会融化，留下孔隙，植入骨折部位后，健康细胞可以定植于这些孔隙中。孔隙密度可调——研究人员将孔隙密度设定为约占支架体积的50%，以利于细胞浸润和骨骼重塑。
洛桑联邦理工学院软材料实验室负责人埃丝特·阿姆施塔德说：“我们的想法是制造一种可 3D 打印和注射的‘墨水’，它可以矿化成支架，机械性能与人类脊椎和股骨等长骨末端发现的高孔隙率小梁骨相似。我们希望，我们的技术将机械性能、生物活性和节能加工相结合，能够为骨组织工程开辟新的途径。”
在一项实验中，研究人员在骨骼生长支持培养基中将人类干细胞接种到支架上 14 天后，检测到了胶原蛋白和骨基质蛋白骨钙素——这两种物质都是细胞生长的指标。
SMaL团队还报告称，他们利用酶辅助制备的HA支架的抗压强度与人体松质骨相当，且性能优于高温法制备的支架。这项技术也兼容市售的生物打印机。
阿姆斯塔德总结道：“展望未来，我们的工作可能会为可注射支架奠定基础，这种支架有助于骨骼再生，并有可能使患者比目前可用的技术更早地对骨折部位进行负重。”
来源：南极熊
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