宾夕法尼亚州立大学工程科学与力学、生物医学工程和神经外科的哈茨家庭职业发展副教授Ibrahim T. Ozbolat说:“这项工作具有临床意义。”“处理复合缺陷，同时修复硬组织和软组织，是很困难的。对于颅面区域，结果必须美观。”

目前，修复头骨上涉及骨头和软组织的洞需要使用患者身体其他部位或尸体的骨头。骨头必须被有血流的软组织覆盖，这些血流也来自其他地方，否则骨头就会死亡。然后外科医生需要修复软组织和皮肤。

Ozbolat和他的团队使用挤压生物打印和细胞和载体材料混合物的液滴生物打印来打印骨骼和软组织。他们报告他们的结果高级功能材料。

他说:“目前还没有一种手术方法可以同时修复软硬组织。“这就是为什么我们的目标是展示一种技术，我们可以一次重建整个缺陷——从骨头到表皮。”

研究人员首先从实验室开始，然后转移到动物模型上，解决了骨骼替代的问题。他们需要一种可打印且无毒的东西，可以修复头骨上5毫米的洞。这种“硬组织墨水”由胶原蛋白、壳聚糖、纳米羟基磷灰石和其他化合物以及骨髓间充质干细胞组成。骨髓间充质干细胞是骨髓中发现的能产生骨骼、软骨和骨髓脂肪的多能细胞。

硬组织墨水在室温下挤出，但在应用时加热到体温。这就产生了胶原蛋白和油墨其他部分的物理交联，而没有任何化学变化，也不需要交联剂添加剂。

研究人员使用液滴打印技术制造出比骨骼更薄的软组织。他们将胶原蛋白和纤维蛋白原与交联和促进生长的化合物交替使用。包括表皮和真皮层在内的每一层皮肤都是不同的，因此生物打印的软组织层的组成也不同。

在全厚皮肤上修复了6mm的孔洞，实验证明是成功的。一旦研究小组分别了解了皮肤和骨骼，他们就会在同一手术过程中修复两者。

“这种方法是一个极具挑战性的过程，我们实际上花了很多时间来寻找合适的骨骼、皮肤材料和合适的生物打印技术，”Ozbolat说。

在仔细成像以确定缺陷的几何形状后，研究人员铺设了骨层。然后，他们沉积了一层类似骨膜的屏障层，骨膜是一种围绕颅骨的血管化组织层。

“我们需要屏障来确保皮肤层的细胞不会迁移到骨骼区域并开始在那里生长，”Ozbolat说。

在铺好屏障后，研究人员打印了真皮层，然后是表皮层。

Ozbolat说:“生物打印机只用了不到5分钟就打印出了骨层和软组织。”

研究人员进行了50多个缺损闭合，并在四周内实现了软组织的100%闭合。在6周内，骨的闭合率为80%，但Ozbolat指出，即使进行了骨移植，在6周内，骨的闭合率通常也达不到100%。

根据Ozbolat的说法，血液流向骨骼是特别重要的，下一步是包含血管化化合物。

研究人员还希望将这项研究转化为人类应用，并继续与宾夕法尼亚州立好时医学中心的神经外科医生、颅颌面外科医生和整形外科医生合作。他们在更大的动物身上使用更大的生物打印设备。