李清博士和一組科學(xué)家最近完成了一項(xiàng)研究，研究羥基磷灰石和膠原蛋白在用作骨替代物的生物3D打印支架時(shí)的相容性。 3D打印是修復(fù)骨創(chuàng)傷和缺陷的未來技術(shù)，因?yàn)樗梢詫⑸锵嗳菪圆牧虾突罱M織操縱到刺激細(xì)胞骨生長所必需的有機(jī)幾何形狀中，骨是多孔的，3D打印可以復(fù)制這種孔隙。李清博士和研究團(tuán)隊(duì)使用兩種類型的羥基磷灰石（HA），這種礦物質(zhì)構(gòu)成了牙釉質(zhì)和骨骼中的大部分無機(jī)物質(zhì)。

2015年展示的快速3D-Bioplotter系統(tǒng)功能。圖片：Mary Ann Liebert，Inc。
    納米羥基磷灰石（nHA）和脫蛋白牛骨（DBB）與膠原蛋白（CoL）混合，使用EnvisionTEC 3D-Bioplotter制作兩種生物油墨，用于3D打印，這是一種來自德國的先進(jìn)生物3D打印機(jī)，具有低溫和高溫性能生物打印。他們3D打印了一個(gè)多孔結(jié)構(gòu)，模擬松質(zhì)骨（海綿型骨），然后通過一系列材料特性分析，包括X射線光電子能譜（XPS），X射線粉末衍射（XRD）和傅里葉變換紅外光譜（FTIR）。掃描電子顯微鏡（SEM）的使用揭示了“HA晶體和支架的不同表面形態(tài)，這將是影響支架內(nèi)部多孔結(jié)構(gòu)的主要因素。”匹配骨的孔隙度非常重要，因?yàn)槎嗫仔再|(zhì)提供靈活性和強(qiáng)度，同時(shí)還允許營養(yǎng)物分散在整個(gè)骨骼中。

 3D-Bioplotter系統(tǒng)：一種多功能快速原型制作工具，用于處理基于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）的患者計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)輔助組織工程生物材料，形成具有外部設(shè)計(jì)形式的物理3D支架開放的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。圖片來源：EnvisionTEC
      NHA / CoL組的楊氏模量（硬度的測量值）在7.9±0.3MPa時(shí)最高，而DBB / CoL組為4.5±0.7MPa，單獨(dú)CoL為3.5±0.4MPa。免疫熒光染色顯示兩種復(fù)合支架同樣支持細(xì)胞增殖。另外，實(shí)時(shí)聚合酶鏈反應(yīng)（RT-PCR）表明成骨相關(guān)基因的正確表達(dá)水平。 “研究人員證實(shí)了在生物標(biāo)記的3D支架上培養(yǎng)的hBMSCs（人骨髓基質(zhì)細(xì)胞）的成骨作用和細(xì)胞外基質(zhì)形成的增加效應(yīng)，以確認(rèn)表面生物相容性?！?/p>

用針對(duì)感興趣區(qū)域的抗體標(biāo)記物進(jìn)行人間充質(zhì)干細(xì)胞表征。使用DAPI（藍(lán)色，細(xì)胞核）FITC-鬼筆環(huán)肽（紅色，F(xiàn)-肌動(dòng)蛋白或細(xì)胞骨架）和紐蛋白（綠色，膜 - 細(xì)胞骨架蛋白）。圖片來源：歐洲干細(xì)胞

    總之，他們的結(jié)果證明“由nHA / CoL或DBB / CoL組成的3D生物印刷支架的物理化學(xué)和生物學(xué)特性非常適合于支架成為多孔定制骨替代品; 3D打印支架將是一個(gè)前瞻性未來臨床應(yīng)用的候選產(chǎn)品。“關(guān)于3D打印骨骼和結(jié)締組織的研究正在進(jìn)行中，因此這一新數(shù)據(jù)將有助于推動(dòng)該領(lǐng)域的發(fā)展。