骨科研究的圣杯是一种不仅可以创建与真实物体精确匹配的人造骨组织的方法，而且可以在如此微观的细节中做到这一点，以至于它包括对干细胞分化可能很重要的微小结构，而干细胞分化是骨再生的关键。

纽约大学坦登工程学院和纽约干细胞基金会研究所 (NYSF) 的研究人员已经迈出了重要的一步，他们使用将生物热成像与加热的“纳米凿子”配对的系统创建了骨骼的精确复制品。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毫米尺寸骨组织复制品的成本和时间有效光刻”，发表在高级功能材料杂志上，研究人员详细介绍了一个系统，允许他们用生物相容性材料雕刻骨组织的确切结构，其特征比单个蛋白质的大小还小——比一米小十亿倍。该平台称为生物热扫描探针光刻 (bio-tSPL)，它拍摄骨组织的“照片”，然后使用该照片制作其真实复制品。

该团队由纽约大学 Tandon 化学和生物分子工程教授 Elisa Riedo 和 NYSF 的 Ralph Lauren 高级首席研究员 Giuseppe Maria de Peppo 领导，他们证明可以扩大 bio-tSPL 以生产骨骼复制品。以可承受的成本对生物医学研究和应用有意义的尺寸。这些骨复制品支持源自患者自身干细胞的骨细胞的生长，为开创具有广泛研究和治疗潜力的新干细胞应用创造了可能性。这项技术可以彻底改变药物发现，并导致更好的骨科植入物和设备的开发。

这项研究“在生物相容性聚合物上具有亚 15 nm 特征尺寸的可重复使用毫米尺寸骨组织复制品的成本和时间有效光刻”出现在高级功能材料中。

在人体中，细胞生活在特定环境中，这些环境通过提供分子尺度的形态和化学信号来控制其行为并支持组织再生。特别是，骨干细胞嵌入纤维基质中——胶原蛋白分子、骨蛋白和矿物质的聚集体。骨骼分层结构由微米和纳米结构的组装组成，到目前为止，其复杂性阻碍了它们通过标准制造方法的复制。

“tSPL 是我的实验室几年前开创的一种强大的纳米制造方法，目前它是通过使用市售仪器 NanoFrazor 实现的，”Riedo 说。“然而，直到今天，材料的吞吐量和生物相容性方面的限制阻碍了它在生物研究中的使用。我们很高兴打破这些障碍并将 tSPL 带入生物医学应用领域。”

其时间和成本效益，以及骨复制品的细胞兼容性和可重复使用性，使 bio-tSPL 成为生产表面的经济实惠的平台，能够以前所未有的精度完美复制任何生物组织。

“我对使用 bio-tSPL 实现的精确度感到兴奋。骨骼模拟表面，例如本研究中复制的那个，为理解细胞生物学和骨骼疾病建模以及开发更先进的药物筛选平台创造了独特的可能性，”说德佩波。“作为一名组织工程师，我特别兴奋的是，这个新平台还可以帮助我们创造更有效的骨科植入物，以治疗因受伤或疾病引起的骨骼和颌面缺陷。”