每年在美国，成千上万的人都知道，膝盖或肩膀的疼痛是需要修复或更换的软组织。手术进展使得替换那些受伤的肌腱和韧带相当常规的过程。但是，创建新的软组织（包括皮肤）背后的科学速度更慢。

在这里，北卡罗来纳州立大学和北卡罗来纳大学教堂山分校的研究人员跨学科团队找到了潜在的变革机会。该小组从生物医学和工业工程，纺织品和兽医医学中汲取灵感，正在探索如何应用3D打印和非织造纤维制造，以创建可以在人体中生长的新组织。新利18官方

根据国家生物医学成像和生物工程研究所（Nibib）的说法，组织工程中有三个组成部分：脚手架，细胞和活性分子，这些分子鼓励了进一步的细胞生长。这三个共同生成新的组织，脚手架给活性分子催化的组织生长形式和结构。两个密切相关的问题引起了团队的工作：如何以速度和可重复性以几个尺度的尺度制造组织？这些脚手架应该由什么制成？

重点是创建脚手架，从而为组织生长提供了形式和方向。不同的组织在多个尺度上具有不同的形状和不同的组成。工业与系统工程副教授罗汉·雪瓦克（Rohan Shirwaiker）说：“在没有脚手架的情况下，我们仍然可以拿到骨细胞并在培养皿上种植骨细胞。它们会繁殖，但它们不会真正成长并形成我们需要的骨骼组织。”

如今，大多数移植组织都来自尸体或患者本身。在使用干细胞修复受损的组织方面取得了一些进展。Lampe杰出教授Fran Ligler说，这两种方法都无法提供人体要求的自定义水平。

这就是锻造跨学科生物启发的工程再生科学（Fibers）团队看到了机会的地方。利格勒说：“一旦我们掌握了材料和制造业，我们就可以真正跨越再生医学界的情况。”

新利18官方3D打印符合非织造材料

为了应对组织工程面临的挑战，纤维团队使用了NC州具有特殊强度的两种技术：3D打印和非织造纺织品。新利18官方使用3D打印机，研究人员可以精确地重现MRI图像或CT扫描中的形状和结构。Shirwaiker说，该控制是必不可少的，但是传统的3D打印机可能无法在组织工程所需的微小规模上适当捕获功能。Shirwaiker说：“有了传统的3新利18官方D打印，您就是遇到障碍的地方。”“您可以制作的功能尺寸可能是太大的数量级。”

这是一个特殊的问题，即工程组织与现有组织相遇。生物医学工程助理教授Shirwaiker和Matt Fisher一直在探索不同的3D打印策略，以制造诸如半月板和肌腱等组织。新利18官方费舍尔说，在肌腱遇到骨骼的那一刻，从软组织的丝状纤维质地到骨骼存在着突然的过渡。他说：“这就是使它成为一个非常困难的工程问题的原因。”

最终，团队达到了现有的3D打印和非织造制造业的限制。新利18官方因此，他们在改变游戏规则的研究激励计划（GRIP）的支持下建立了自己的机器，NC研究与创新办公室，RTI International和Kenan工程，技术与科学研究所的合作伙伴关系。

他们构建的本质上是高级3D打印机。Nonwovens Institute和Fibers Project的主要研究员Benham Pourdeyhimi说，IT和传统3D打印机之间的主要区别是它形成纤维的方式。

纤维团队设计其机器，以提供最终形成对象的纤维层的大小，形状和方向的更多种类。对建筑，定向和尺寸的控制增加使团队可以建立结构，以更好地匹配他们旨在替换和再生长的天然纤维。Pourdeyhimi说，这也是从该项目中脱颖而出的最重大进步，并且在该过程的功能上有一项专利。该团队还申请了他们能够使用机器生产的特定纤维几何形状的第二份专利。

Pourdeyhimi说：“我们在一台小型飞行员在大型飞行员机器上所学到的东西。”“所以对我来说，有几个'啊哈！'时刻。‘哇，如果我能以更大的规模这样做，它将为其他应用程序以外的机会打开机会。’”

在处理如何设计新脚手架的问题时，该团队还与应有的东西作斗争。脚手架的任务是短暂而敏感的。植入后，它需要承载负载，火花和塑造细胞生长，从体内募集其他细胞，然后在新组织能够单独发挥作用时消失。它需要做所有事情，而不会破坏周围的任何单元和系统。

Behnam Pourdeyhimi说，许多因素决定了给定的材料是否可以完成这项工作：固体性：材料中的毛孔是否足够大以允许组织生长？加工温度：脚手架材料是否可以在足够低的温度下制造以避免与之混合的损坏细胞？而且，如果我们必须诉诸溶液吹动，它如何与溶剂相互作用？

为了开发满足这些需求的材料，Pourdeyhimi需要扭转许多信息，以告知Nonwovens Institute最常见的项目。构成NWI工作的战略性份额的商用空气和水过滤器需要大量毛孔的材料。Pourdeyhimi说：“我们正在学习如何处理以前从未处理过的材料。”“我们已经学会了如何操纵它们，并使用该行业需要使用的更具生物友好型的聚合物。”

跨学科的方法

组织工程本身位于几个学科的交集：生物学，纺织品和医学，仅为三个。为了应对该领域的巨大挑战，团队需要跨越学术界限。Pourdeyhimi说：“我们以协作的方式工作，因为没有人能解决我们正在解决的问题。”

费舍尔（Fisher）是翻译再生医学教师的一部分，他与Shirwaiker在3D印刷组织上的工作早于纤维倡议。新利18官方Pourdeyhimi和Ligler邀请他们组成核心团队。随着团队的合并，研究人员发现他们不仅带来了不同的技能。费舍尔说，他们讲了不同的语言。“比例”一词是一个很好的例子。在自己的实验室中，费舍尔花了数小时创建一个单个脚手架，最多只有几毫米。他说，他的挑战是扩大了艰苦的过程，“这样我们就可以以相对较低的成本生产一堆脚手架。”费舍尔补充说：“我们与Pourdeyhimi博士讨论了扩展。”“他说，‘不，您所说的是缩减。’当他们谈论规模时，他习惯了一天中生产大量材料。”

该团队还包括北卡罗来纳州兽医学院和UNC药学院，UNC Burn Center和UNC的骨科系的兽医学院，每周开会。这些会议的基调与利格勒所经历的其他学术努力不同。她说：“制造一方，无编织和生物学的人之间有一个真正的奉献。”“'你需要什么？什么是指标？您能为我们测试这些吗？’这很迭代。”

纤维的未来

至此，研究团队的工作集中在创新上，这些创新将改善每年获得替换软组织的数十万人的生活质量。但是他们知道还有另一个人口更需要。目前，根据器官采购和移植网络，大约有114,000名美国人正在等待器官移植。根据过去十年来的平均值，今年不到三分之一会找到捐助者。

他们的选择是有限的，他们的赔率很长。对于他们来说，设计的组织和器官拥有最大的前景。NC State和UNC-CH研究团队正在寻求支持以满足他们的需求。

纤维调查人员已要求国家科学基金会的资金在北卡罗来纳州建立国家再生组织工程枢纽。该枢纽将汇集其他九个大学和行业合作伙伴，以基于握把概念的概念建立主要的设施，并创建一个中央图书馆和新材料的数据库以及脚手架的规格，研究社区可以通过这些材料和合作在新结构的开发方面进行互动和合作。

它还将发展能够在大规模上生产脚手架，这些脚手架可能会增加一系列不同的组织类型，从前交叉韧带为年轻运动员的前交叉韧带，他们唯一的选择是从尸体的组织到可再生的肝脏，这些肝脏是寻求移植的患者根本没有其他选择。“我认为这会滚雪球，” Pourdeyhimi说。“我希望这对我们的团队，北卡罗来纳州和国家来说都会滚雪球。”