研究人员使用热纳米凿在培养皿中制作人造骨头

骨科研究的圣杯不仅是一种制造与真实物体完全匹配的人造骨组织的方法，而且是在微观细节上做到的，以至于它包括对干细胞分化潜在重要的微小结构，这是骨骼再生的关键。

纽约大学丹顿工程学院和纽约干细胞基金会研究所(NYSF)的研究人员已迈出了重要的一步，即使用将生物热成像与加热的“纳米凿”配对的系统来创建骨骼的精确复制品。在一项研究中，“在生物相容性聚合物上具有亚15纳米特征尺寸的可重复使用的毫米大小的骨组织复制品的成本和时间有效光刻”在《高级功能材料》杂志上发表，研究人员详细介绍了一个系统，该系统允许他们在生物相容性材料中雕刻出骨骼组织的确切结构，其特征小于单个蛋白质的大小-比一米小十亿倍。这个称为生物热扫描探针光刻(bio-tSPL)的平台拍摄了骨组织的“照片”，然后使用该照片来产生其真实的复制品。

该团队由纽约大学丹东分校化学和生物分子工程教授Elisa Riedo以及纽约科学基金会高级研究员拉尔夫·劳伦(Ralph Lauren)高级研究员朱塞佩·玛丽亚·德佩波(Giuseppe Maria de Peppo)领导，表明该团队有可能扩大生物tSPL的生产规模，并在对于生物医学研究和应用有意义的尺寸，价格合理。这些骨复制品支持源自患者自身干细胞的骨细胞的生长，从而开创了具有广泛研究和治疗潜力的新型干细胞应用的先驱。这项技术可能会彻底改变药物研发，并导致开发出更好的骨科植入物和设备。

这项研究“在生物相容性聚合物上具有15纳米以下特征尺寸的可重复使用的毫米大小的骨组织副本的成本和时间有效的光刻技术”发表在《高级功能材料》上。

在人体中，细胞生活在特定的环境中，这些环境通过提供分子规模的形态和化学信号来控制其行为并支持组织再生。尤其是，骨干细胞被嵌入纤维基质中-胶原分子，骨蛋白和矿物质的聚集体。骨骼分层结构由微结构和纳米结构组成，迄今为止，其复杂性已阻碍了它们通过标准制造方法的复制。

Riedo说：“ tSPL是我实验室几年前率先开发的一种强大的纳米加工方法，目前已通过使用商用仪器NanoFrazor来实现。” “但是，直到今天，材料的通量和生物相容性方面的限制仍阻止了它在生物学研究中的应用。我们为突破这些障碍并将tSPL引领到生物医学应用领域感到非常兴奋。”

它的时间和成本效益，以及骨复制品的细胞相容性和可重复使用性，使bio-tSPL成为可负担得起的平台，用于生产能够以前所未有的精度完美复制任何生物组织的表面。

“使用bio-tSPL所能达到的精确度令我感到兴奋。仿生表面(例如本研究中复制的表面)为理解细胞生物学和建模骨病以及开发更先进的药物筛选平台提供了独特的可能性，”他说。德佩波。“作为组织工程师，令我特别高兴的是，这个新平台还可以帮助我们制造出更有效的骨科植入物，以治疗由损伤或疾病引起的骨骼和颌面缺损。”