软骨是一种坚固而有弹性的组织，分布在成年人的鼻尖、外耳、肋骨的尖端、关节的连接面等部位。人体中的软骨组织起到了为器官提供支撑、润滑关节、缓冲运动时产生的震动等重要作用。如果由于外伤、疾病、手术等原因而导致人体的软骨缺损，则需要及时接受治疗。
怎样将缺损的软骨“补”回来是医学上一直在研究和探索的问题。从其他物种中进行异种软骨移植、同种异体软骨移植或自体软骨移植等技术都是医疗界在探索的软骨再生方式。软骨再生的每一项技术都在人们的探索与追寻中，它们都具有自己的优点和缺点。例如，同种异体软骨移植软骨来源广泛，生物学性能良好，但是会存在免疫排异和疾病传播等问题；自体软骨移植主要是通过自体其他部位的软骨移植，或通过自体细胞来培植软骨，可以降低免疫排异的风险。
以人体细胞和生物墨水为打印材料的生物3D打印技术，在近年来被应用在培养人体器官和组织领域。虽然，要实现3D打印可移植的复杂器官这个目标，科学家们还要经历相当长的探索过程，但是3D打印出可移植的软骨组织已经距离我们不远了。本期，3D科学谷将与谷友们一起分享英国斯望西大学在3D打印面部软骨领域所进行的研究。
纳米纤维素材料是关键
英国斯望西大学医学院和可再生材料公司American Process Inc.合作研发用于面部重建的软骨组织。这个科研项目包括在支架上3D打印人体细胞，从而培养出可用于先进整形外科手术的软骨组织。制造三维支架的材料是多种配方的纳米纤维素。该项目得到了英国医学研究理事会研究基金的支持。
图片来源：3ders.org
研究团队将通过该项目3D打印出完全与患者解剖形状相匹配的定制化面部软骨组织。该组织更加持久，并具有生物相容性，可以替代面部整形手术中使用的塑料或钛金属植入物。在植入人体后它们能够长期存活，并且不会被人体吸收掉。
图片来源：3ders.org
研究人员表示，在该项目中起到关键作用的是纳米纤维素材料，不仅因为它具有生物相容性和良好的力学性能、结构特性，还在于该材料可以为细胞提供支撑和生长环境。虽然生物3D打印机的基本原理与普通3D打印机类似，都是将材料计算机的质量进行逐层的沉积，但是人体细胞毕竟有别于塑料、金属粉末等材料，它们不仅需要通过3D打印进入到指定的位置，在打印之后还需要在指定的位置上继续生长。为实现这一目标，就需要在打印中使用特殊的材料或技术。在英国斯望西大学医学院的研究项目中，承担这个任务的材料正是纳米纤维素。
研究团队以纳米纤维素作为生物墨水进行了大量的研究。研究表明纳米纤维素具有以下特性，例如：很高的保水值、其微粒在水中可以形成独特组合，以及可以形成一种比较稀的凝胶。由纳米纤维素形成的凝胶易于流动和3D打印，在打印完成后它们会变得坚硬、平滑，让三维结构变得致密，有助于将细胞保持在所处的位置上。研究人员表示，这些特性让纳米纤维素材料非常适合应用在通过喷嘴挤出式生物3D打印机进行器官和组织培养的领域。
3D科学谷认为值得一提的是，除了英国斯望西大学在软骨3D打印方面所进行的研究，世界多个国家的科学家都在软骨3D打印方面取得了进展。如：北京协和医院的研究人员进行的3D打印技术辅助精细化构建组织工程鼻翼软骨的研究；阿姆斯特丹VU医学中心已对3D打印面部软骨组织技术进行了测试，并在不久的将来对外提供耳、鼻软骨定制服务；美国北卡罗莱纳州维克森林大学再生医学研究所的科学家们开发出可以制造器官、组织和骨骼的3D打印机，并使用3D打印机进行了3D打印耳软骨的实验。
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