新型生物3D打印技術(shù)NEST3D！間接打印技術(shù)用于制備骨組織再生的復(fù)雜生物支架

生物支架的3D打印技術(shù)帶來了無限的應(yīng)用潛力，越來越多地組織工程和生物醫(yī)學(xué)設(shè)備開發(fā)等領(lǐng)域的研究人員也正在不斷拓展這種技術(shù)新的可能性。然而，大多數(shù)常見的3D打印技術(shù)使用高度特定的材料，需要仔細(xì)的化學(xué)調(diào)整才能使其具有實際用途。例如，基于光的技術(shù)，如立體光刻或數(shù)字處理，可以創(chuàng)建奇妙的結(jié)構(gòu)，但需要專門的光激活材料來操作。擠壓式打印在它能處理的材料類別方面要通用得多。然而，可實現(xiàn)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性可能受到該技術(shù)基于噴嘴的逐層沉積過程的限制。

△皇家墨爾本理工大學(xué)研究員Stephanie Doyle拿著用NEST3D打印技術(shù)制作的生物醫(yī)學(xué)結(jié)構(gòu)。(Courtesy: CathalO'Connell)

為了克服這些限制，澳大利亞的一組工程師和生物醫(yī)學(xué)科學(xué)家開發(fā)了一種新的技術(shù)，被稱為負(fù)呈現(xiàn)的犧牲性模板3D技術(shù)，或NEST3D打印。研究人員在《Advanced Materials Technologies》中描述了他們的方法。

△研究人員（從左至右）：Carmine Onofrillo, StephanieDoyle, Cathal O'Connell 和 Serena Duchi。(Courtesy: Cathal O'Connell)

相關(guān)論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admt.202100189

一種特點突出的新型打印技術(shù)

這種新的3D打印技術(shù)的獨特之處在于，研究人員不是直接制作生物支架，而是用預(yù)先定義的、高度精確和復(fù)雜的幾何形狀3D打印模具，然后用生物相容性材料填充空腔。然后模具就被溶解掉了。這種間接打印方法適用于許多類型的材料，從可生物降解的熱塑性塑料（如聚己內(nèi)酯），到樹脂、硅酮、陶瓷、水凝膠等等。

擠壓打印限制了3D打印結(jié)構(gòu)的幾何復(fù)雜性，因為打印噴嘴的直徑限制了最小特征尺寸。相比之下，NEST 3D打印實現(xiàn)的特征僅為140微米，不到噴嘴直徑的一半。

來自RMIT大學(xué)，主導(dǎo)這項技術(shù)的開發(fā)的CathalO'Connell說："通過翻轉(zhuǎn)我們的思維，我們基本上是在我們的3D打印模具內(nèi)的空隙中繪制我們想要的結(jié)構(gòu)。這使我們能夠創(chuàng)造出微小的、復(fù)雜的微觀結(jié)構(gòu)，在那里細(xì)胞將蓬勃發(fā)展。雖然間接打印已經(jīng)存在了很多年，但我們相信這是第一個明確的證明，它實際上可以超越直接打印所能做到的，特別是在可實現(xiàn)的分辨率和結(jié)構(gòu)復(fù)雜性方面。"

多方面的應(yīng)用

皇家墨爾本理工大學(xué)的研究人員與墨爾本圣文森特醫(yī)院的臨床醫(yī)生聯(lián)合起來，以解決一個臨床問題：在生物醫(yī)學(xué)植入物中應(yīng)用打印的生物支架。O'Connell說："我們的新方法非常精確，我們在一個生物支架中創(chuàng)建專門的骨和軟骨生長的微結(jié)構(gòu)。"

此外，NEST3D打印技術(shù)很容易擴(kuò)展到其他醫(yī)療應(yīng)用中，因為它可以使用基本的3D打印機(jī)（如高中學(xué)校的打印機(jī)）創(chuàng)建復(fù)雜的形狀。

第一作者Stephanie Doyle還意識到，這種新方法非常強(qiáng)大，研究人員可以迅速測試材料組合，以確定那些對細(xì)胞生長最有效的材料。因此，3D打印的生物支架被創(chuàng)建為具有各種孔隙度、硬度、細(xì)胞和生物相容性，使用了廣泛的材料類別。

作為概念驗證，研究小組在NEST3D結(jié)構(gòu)中培養(yǎng)了成骨細(xì)胞，并觀察到細(xì)胞確實在支架上增殖和浸潤。細(xì)胞活力測試顯示，NEST3D支架對生物細(xì)胞沒有可檢測的細(xì)胞毒性作用。

研究人員總結(jié)說，NEST3D打印在結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和最終物體的精度方面表現(xiàn)出若干優(yōu)勢。他們現(xiàn)在正致力于通過平行鑄造許多部件來提高平均加工時間。