生物3D打印新方法 组织可由活细胞创建定制

现在打印微小精细的3D对象不再是个问题，但活细胞打印迄今还是新的挑战，首先缺乏合适的化学物质，需要液体或凝胶凝结至被聚焦激光束照射的点上。某些过程非常不精确，或者仅允许非常狭窄的时间范围，可以在其中不损坏细胞的情况下进行处理。此外，在3D生物精确度过程中和之后，所用材料必须对细胞友好，这会敏感地限制对可能材料的选择。

维也纳科技大学现已开发出一种采用全新材料的高分辨率生物打印工艺，由于3D打印机具有特殊的“生物墨水”，可以在制造过程中将细胞直接嵌入3D微米打印的3D矩阵中，以每秒1米的速度打印，达到比以前更快的数量级。3D打印与生物制造研究小组负责人亚历山德罗⋅奥夫尼亚尼科夫教授解释说：“细胞的行为在很大程度上取决于其机械和化学性质以及环境的几何形状。”“嵌入细胞的结构必须能渗透营养，这样细胞才能生存和繁殖。但是，结构是刚性还是柔韧性的，随着时间的推移它们是否稳定或退化也很重要。”

一种方法是首先制造适当的结构，然后在其中填充活细胞。但是通过这种方法，可能难以将细胞容纳在框架内部，并且很难实现均匀的细胞分布。更好的选择是将活细胞直接嵌入3D结构中，这种技术称为“生物打印”。

为了获得极高的分辨率，维也纳技术大学已使用双光子聚合方法多年。这种聚合方法是当一种材料的分子同时吸收激光束的两个光子时才会启动，这仅在激光束具有特别高的强度下才有可能。这是物质固化的条件，否则它将保持液态。因此，这种双光子方法非常适合于以高精度生产非常精细的结构。

奥夫尼亚尼科夫教授说：“我们的方法为适应细胞环境提供了许多可能性。根据构造的方式，可以使其更硬或更软，甚至可以进行精细的连续过渡。因此，可以准确地预测结构的外观，以允许细胞生长并指导迁移。激光的强度还可以用于调整结构随时间推移分解的难易程度。”

奥夫尼亚尼科夫相信：使用这种3D模型，可以前所未有的准确性检查细胞的行为，可以了解疾病的传播方式，如果使用干细胞，甚至可以通过这种方式定制组织。

对于打印活体组织结构的生物制造领域，科学家已经研究了十多年，但我们依然处在这条漫漫长路的开端。这其中，以活细胞作为打印原料的过程，因为过于精细，还要考虑到细胞后期的生长，一直以来都被认为难度很高。而今科学家提高了这一技术的精度，不但让人类可以最大程度地理解细胞行为，还让未来利用细胞定制活组织模型成为可能。