科學家開發出未來或可實現器官移植的新型生物3D打印技術 
 據外媒報道，布法羅大學的科學家于近日對外宣稱其開發了一種快速的新型生物3D打印方法，這意味著人類朝著完全打印人體器官方向邁出了重要一步。

　　

　　使用基于VAT-SLA的新穎方法，該團隊已能夠將創建充滿細胞的水凝膠結構從所需的6多個小時減少到19分鐘。加快的生物制造方法還可以實現嵌入式血管網絡的制造，這可能使其朝著3D打印移植器官方向邁出重要的一步。

　　

　　該研究的主要合著者Chi Zhou解釋說：“我們的方法可以快速打印出厘米級的水凝膠模型。它顯著減少了長時間暴露于傳統3D打印中常見的環境應力所導致的零件變形和細胞損傷。我們開發的技術要比行業標準快10到50倍，而且它的工作原理與以前一樣。”

　　

　　加快生物打印的步伐

　　

　　盡管在人體組織和器官移植中，生物打印充滿細胞的結構具有巨大的潛力，但該技術仍處于起步階段。迄今為止，由于水凝膠的沉積速率一直受到限制，而為了避免損壞其現有細胞，因此打印速度是阻礙更廣泛采用這些方法所面臨的問題之一。

　　

　　基于噴嘴的技術也有其他缺點，因為它們可能導致細胞長時間暴露于剪切應力以及低氧含量和溫度中，從而在加工過程中對其造成損害。而且，使用常規方法生產的水凝膠支架通常顯示出較低的機械強度，從而難以整合柔軟的懸垂結構（如血管通道）。

　　

　　盡管使用較薄的支持物可以使科學家能夠部分克服這一缺陷，但這種方法背后的擠壓方法的簡單性繼續限制了其功能。相比之下，最近開發的連續液體界面生產（CLIP）技術具有極大地提高生物打印過程速度的潛力。

　　

　　通過在“盲區”上方連續構建層，CLIP方法可以不斷補充材料，提高生產能力，但代價是僅能制造薄壁零件。在這種方法的基礎上，布法羅團隊現已開發出一種名為“ FLOAT”的方法，該方法可使水凝膠以更高的速度沉積，從而能夠生產更大的血管化組織。

　　

　　科學家能夠在不到20分鐘的時間內3D打印手形結構（如圖所示）。圖片來自《高級醫療保健材料》雜志。

　　

　　“ FLOAT”生物打印方法

　　

　　在研究人員優化FLOAT方法期間，物體可以通過低吸力的水凝膠桶內的玻璃板進行固化，從而產生具有高彈性的厚零件。為了證明他們的方法具有生物相容性，研究小組首先用與細胞相容的PEGNB聚合物制備了一組樣品。

　　

　　有趣的是，盡管測試零件表現出足夠的剛度，但它們也收縮了多達51％，從而導致研究人員將較大的模型制作轉向使用PEGDA材料。在其他測試中，布法羅團隊3D打印了一些2.6×1.7×5.6 cm規格的手形水凝膠結構，“手指”在壓縮狀態下呈現彎曲狀態。

　　

　　使用普通的SLA 3D打印機生產相同的模型需要花費大約6.5個小時的時間，大大超過了基于FLOAT的19分鐘的工作時間。科學家們使用新方法制造的基于水凝膠的手還具有血管通道，這意味著它們最終可以被植入內皮細胞，以創造出可移植的功能性肢體。

　　

　　最終，科學家們能夠將細胞補丁植入離體微通道，但他們還發現，將這些整合到強度更高的結構中會導致細胞活力降低。將來，該團隊認為，轉向使用摻雜納米材料的聚合物可以為剛性平衡和相容性提供答案，并可以快速生產基于水凝膠的血管化結構。

　　

　　使生物打印走向現實

　　

　　盡管生物3D打印仍處于實驗階段，但有跡象表明該技術正在朝著更多最終用途應用的方向緩慢發展。

　　

　　3D打印機制造商3D Systems于今年早些時候宣布其Print to Perfusion生物打印平臺取得了重大突破。該系統現在能夠創建全尺寸的血管化肺支架，該公司表示該技術很快將在其醫療保健業務中發揮關鍵作用。

　　

　　生物技術公司United Therapeutics和以色列公司CollPlant在大規模生產3D打印腎臟模型的競標中也取得了重大進展。這些公司已經將以前的工廠變成了現代化的生物3D打印生產線，以生產附加器官。

　　

　　在其他地方，創建人體功能器官的工作僅限于微型模型，例如德克薩斯州大學埃爾帕索分校的科學家創造的微型生物3D打印心臟。將血管化的結構發送到國際空間站（ISS），以測試微重力如何影響人的心臟。

　　

　　據悉，該項研究結果已經在題為“大規模生物相容性水凝膠模型的快速立體光刻打印”的論文中進行了詳細介紹。”這項研究由Nanditha Anandakrishnan、Hang Ye、Zipeng Guo、Zhaowei Chen、Kyle I. Mentkowski、Jennifer K. Lang、Nika Rajabian、Stelios T. Andreadis、Zhen Ma、Joseph A. Spernyak、 Jonathan F. Lovell、Depeng Wang、Jun Xia、Chi Zhou和Ruogang Zhao合著。