再生醫(yī)學(xué)的未來：使用冰3D打印技術(shù)解決創(chuàng)建自然血管網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性

南極熊導(dǎo)讀：生物技術(shù)領(lǐng)域的進(jìn)步為解決全球移植器官短缺問題開辟了新途徑。研究人員開發(fā)了一項(xiàng)突破性技術(shù)，用3D打印冰制作脆弱的血管網(wǎng)絡(luò)模型，有助于克服在實(shí)驗(yàn)室中培育移植器官的復(fù)雜性。

2024年2月11日，南極熊獲悉，卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的研究人員表展示了一種新穎的組織工程技術(shù)，利用冰3D打印技術(shù)（3D-ICE）創(chuàng)建血管的新方法。這項(xiàng)技術(shù)使用水作為墨水，在冰結(jié)構(gòu)中創(chuàng)造微米級(jí)的細(xì)節(jié)。

這項(xiàng)工作的一個(gè)關(guān)鍵方面涉及脫細(xì)胞過程。在這一過程中，細(xì)胞成分被去除，而細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）則被保留下來，用于組織再生。脫細(xì)胞細(xì)胞外基質(zhì)（dECM）衍生的生物墨水隨后用于3D打印過程。雖然脫細(xì)胞方法具有其優(yōu)點(diǎn)和局限性，但它們?cè)谑褂帽?D打印技術(shù)創(chuàng)建逼真血管過程中扮演著重要的角色。

3D打印的血管冰模板如左圖所示。右圖顯示一周后在模板上形成血管樣結(jié)構(gòu)的細(xì)胞成像

構(gòu)建人造血管模板

生物3D打印是一項(xiàng)利用3D打印技術(shù)將細(xì)胞、生長(zhǎng)因子和生物材料結(jié)合的技術(shù)，具有為組織工程應(yīng)用制造功能結(jié)構(gòu)的潛力。然而，生物打印活細(xì)胞構(gòu)建體的臨床應(yīng)用面臨一些挑戰(zhàn)，其中之一是通過生物3D打印技術(shù)制造的人造器官缺乏可正常工作的血管和小管。

研究人員正在采用一種冰3D打印技術(shù)為人造靜脈和動(dòng)脈制作支架。這種打印機(jī)使用水作為墨水，其工作原理是將水滴滴在冰冷的表面上，然后迅速凍結(jié)，形成不斷生長(zhǎng)的冰雕。打印出的結(jié)構(gòu)具有微米級(jí)的細(xì)節(jié)，隨后涂上明膠基材料。通過紫外線將冰融化，留下類似血管的光滑通道。研究人員已經(jīng)證明，他們可以讓內(nèi)皮細(xì)胞在這些通道中生長(zhǎng)兩周，顯示實(shí)驗(yàn)室培育的血管有可能捕捉到人體真實(shí)血管網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜幾何形狀。

3D打印血管模型示意

開發(fā)彈性混合氣凝膠

該領(lǐng)域另一個(gè)值得注意的發(fā)展是機(jī)械彈性混合氣凝膠的創(chuàng)造。

該團(tuán)隊(duì)表示，目前，他們正在積極研發(fā)新型的3D打印技術(shù)，將水凝膠與纖維結(jié)合。這種獨(dú)特的組合能夠生產(chǎn)出具有纖維結(jié)構(gòu)和單軸細(xì)胞排列的構(gòu)造物，從而降低水凝膠的加工要求并改善其機(jī)械性能。他們正在探索粉末床熔融（PBF）3D打印技術(shù)，以制造復(fù)雜的、病人特異性的植入物，實(shí)現(xiàn)在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的高精度需求。

前沿的生物3D打印技術(shù)不僅創(chuàng)新性地使用冰模制造人造血管，更預(yù)示著器官移植領(lǐng)域美好的未來。這些進(jìn)步可能使體內(nèi)器官的制造成本更低、速度更快，以滿足全球?qū)ζ鞴僖浦驳木薮笮枨�。�?dāng)前，該團(tuán)隊(duì)正在進(jìn)行重水和人工智能優(yōu)化3D打印過程的研究和實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步凸顯了這項(xiàng)技術(shù)在器官移植領(lǐng)域帶來革命性變化的潛力。

盡管仍處于早期開發(fā)階段，但這一概念驗(yàn)證表明，利用3D打印技術(shù)有可能使體內(nèi)器官的制造成本更低、速度更快，從而滿足全球?qū)ζ鞴僖浦驳拇罅啃枨蟆?br />