布法羅大學(xué)的科學(xué)家開發(fā)了一種快速的新型3D生物打印方法，這可能是朝著完全打印人體器官邁出的重要一步。使用基于VAT-SLA的新穎方法，該團(tuán)隊(duì)已能夠?qū)?chuàng)建充滿細(xì)胞的水凝膠結(jié)構(gòu)所需的時(shí)間從6多個(gè)小時(shí)減少到19分鐘。加快的生物制造方法還可以實(shí)現(xiàn)嵌入式血管網(wǎng)絡(luò)的生產(chǎn)，這可能使它朝著移植候補(bǔ)名單上的人員需要的挽救生命的3D打印器官邁出了重要的一步。

該研究的主要合著者周智解釋說：“我們的方法可以快速打印出厘米級(jí)的水凝膠模型。它顯著減少了長時(shí)間暴露于傳統(tǒng)3D打印中常見的環(huán)境應(yīng)力所導(dǎo)致的零件變形和細(xì)胞損傷。我們開發(fā)的技術(shù)要比行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)快10到50倍，而且它的工作原理與以前一樣大。”

加快生物3D打印的步伐

盡管在人體組織和器官移植中，生物打印細(xì)胞結(jié)構(gòu)具有巨大的潛力，但該技術(shù)仍處于起步階段。印刷速度是目前面臨的主要障礙之一，因?yàn)榈侥壳盀橹梗z的沉積速率一直受到限制，以避免損壞其現(xiàn)有的細(xì)胞，因此印刷速度是最大的障礙。

盡管使用犧牲性支持物使科學(xué)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(xù)限制了其功能。相比之下，最近開發(fā)的連續(xù)液體界面生產(chǎn)（CLIP）技術(shù)具有極大地提高生物打印過程速度的潛力。通過在“死區(qū)”上方連續(xù)構(gòu)建層，CLIP方法可以不斷補(bǔ)充物料，從而提高了生產(chǎn)能力，但付出的代價(jià)是只能制造薄壁零件。在這種方法的基礎(chǔ)上，布法羅團(tuán)隊(duì)現(xiàn)已開發(fā)出一種“FLOAT”方法，該方法可使水凝膠以更高的速度沉積，從而能夠生產(chǎn)更大的血管化組織。

科學(xué)家能夠在不到20分鐘的時(shí)間內(nèi)3D打印手形結(jié)構(gòu)（如圖所示）。圖片來自《高級(jí)醫(yī)療保健材料》雜志。

“FLOAT”生物3D打印方法

在研究人員優(yōu)化的FLOAT方法期間，物體可以通過低吸力的水凝膠桶內(nèi)的玻璃板進(jìn)行固化，從而產(chǎn)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，研究小組首先從與細(xì)胞相容的PEGNB聚合物制備了一組樣品。

使用普通的SLA 3D打印機(jī)生產(chǎn)相同的模型需要花費(fèi)大約6.5個(gè)小時(shí)的時(shí)間，大大超過了基于FLOAT的19分鐘的工作時(shí)間?？茖W(xué)家們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(nèi)皮細(xì)胞，以創(chuàng)造出可移植的功能性肢體。

最終，科學(xué)家們能夠?qū)⒓?xì)胞塊體外接種到微通道中，但是他們還發(fā)現(xiàn)，將這些細(xì)胞塊整合到強(qiáng)度更高的結(jié)構(gòu)中會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞活力降低。將來，該團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，轉(zhuǎn)向使用納米材料摻雜的聚合物可以為平衡剛性和相容性提供答案，并可以快速生產(chǎn)基于水凝膠的血管化結(jié)構(gòu)。

使生物3D打印走向現(xiàn)實(shí)

在其他地方，創(chuàng)建人體功能器官的努力僅限于小型化模型，例如德克薩斯州大學(xué)埃爾帕索分校的科學(xué)家創(chuàng)造的微型3D生物打印心臟。將血管化的結(jié)構(gòu)發(fā)送到國際空間站（ISS），以測試微重力如何影響人的心臟。