軟骨不能自我修復
年紀大要照顧膝關節。你可能聽到長輩在年紀大後，走路膝關節疼痛，不少人以吃營養品或者接受建議開刀來解決問題。這背後就是膝關節內，提供動作時緩衝的半月板受損，可能是人類膝關節內的半月板軟骨，因為長久使用磨耗，或者任何生物力學上的不平衡；也可能是其他全身性疾病、先天半月板受損，也有一說是其真正的原因不明。軟骨這種組織相當特別，內部沒有血管，只由一種細胞組成，損害後不會自我修補。因此，除了開刀做膝關節置換，科學家一直希望可以體外再生軟骨組織，修補受損的半月板。
水凝膠材料的缺點
這個想法在3D生物列印開始後，不少科學家嘗試用水凝膠材料(聚合物加上90%的水)混入生物細胞，以列印的方式，列印出想要的形狀，之後讓水凝膠自動分解，留下生物細胞，這時候的水凝膠就如同支架一般，撐起整個結構，也因為3D列印，可以設定想要的列印形狀。然而，你或許不知道，水凝膠的存在，某種程度上限制了生物細胞彼此間的結合，整體結構因此相對較弱；另外水凝膠在分解的時候，也可能釋放有毒物質。除了水凝膠外，還有什麼方法可以開發給生物3D列印用的「生物細胞」材料呢?
新式軟骨列印技術
既然談到3D列印，讓我們先想想一般非生物列印的3D印表機線材。常見的「熱熔解擠壓技術」(Fused Deposition Modeling，FDM)，其列印材質為塑料，是一綑綑的線材，經過熱設備熔解材料後，再以擠壓方式列印出來。生物細胞能有這樣的「線材」嗎? 美國「賓州大學」(Pennsylvania State University)以這種架構，取用海藻酸鈉，將其製成管徑極小，大約只有0.03到0.05英吋直徑的圓管，讓軟骨細胞在管內生長，等約一週細胞長好之後，因為細胞和海藻不會沾黏，就可將細胞「條」取出，接下來以特製的3D生物列印噴嘴，將軟骨組織列印出來，經半小時左右讓細胞彼此接合，再移到培養液中繼續培養。如此，不用再擔心水凝膠分解可能釋放的有毒物質，同時，這整個線材可以依據需要生產；進一步考慮病患的排斥問題，以後可採取原患者的軟骨細胞，便於進行培養線材。
天然的還是最好
這種方式列印的軟骨，也不是沒有缺點。畢竟天然的軟骨在生長時，會因承載重量而受到刺激，因此較為密實，結構較好。這種方式3D列印的軟骨，雖然已經和牛隻的軟骨結構差不多，但是仍不如天然軟骨來的強壯；若是和現有的水凝膠方法列印的軟骨比較，這種以線材方式列印的方式，結構是較為緊實的。未來，如何讓細胞生長和黏合時，能有效承重來刺激生長，將為另一個課題。
文章參考：The Pennsylvania State University
影片來源：Penn State University
圖片來源：Subhashish Panigrahi@vi.wikipedia.org/wiki CC BY-SA 3.0
