再生醫(yī)學的未來：使用冰3D打印技術(shù)解決創(chuàng)建自然血管網(wǎng)絡的復雜性

南極熊導讀：生物技術(shù)領(lǐng)域的進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)了一項突破性技術(shù)，用3D打印冰制作脆弱的血管網(wǎng)絡模型,，有助于克服在實驗室中培育移植器官的復雜性,。

2024年2月11日，南極熊獲悉,，卡內(nèi)基梅隆大學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。這項技術(shù)使用水作為墨水,，在冰結(jié)構(gòu)中創(chuàng)造微米級的細節(jié),。

這項工作的一個關(guān)鍵方面涉及脫細胞過程。在這一過程中,，細胞成分被去除,，而細胞外基質(zhì)（ECM）則被保留下來，用于組織再生,。脫細胞細胞外基質(zhì)（dECM）衍生的生物墨水隨后用于3D打印過程,。雖然脫細胞方法具有其優(yōu)點和局限性，但它們在使用冰3D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)的細胞成像

構(gòu)建人造血管模板

生物3D打印是一項利用3D打印技術(shù)將細胞、生長因子和生物材料結(jié)合的技術(shù),，具有為組織工程應用制造功能結(jié)構(gòu)的潛力,。然而，生物打印活細胞構(gòu)建體的臨床應用面臨一些挑戰(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)為人造靜脈和動脈制作支架。這種打印機使用水作為墨水,，其工作原理是將水滴滴在冰冷的表面上,，然后迅速凍結(jié)，形成不斷生長的冰雕,。打印出的結(jié)構(gòu)具有微米級的細節(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)皮細胞在這些通道中生長兩周，顯示實驗室培育的血管有可能捕捉到人體真實血管網(wǎng)絡的復雜幾何形狀,。

3D打印血管模型示意

開發(fā)彈性混合氣凝膠

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

該團隊表示，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,。這種獨特的組合能夠生產(chǎn)出具有纖維結(jié)構(gòu)和單軸細胞排列的構(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),，以制造復雜的,、病人特異性的植入物，實現(xiàn)在生物醫(yī)學應用中的高精度需求,。

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,，更預示著器官移植領(lǐng)域美好的未來。這些進步可能使體內(nèi)器官的制造成本更低,、速度更快,，以滿足全球?qū)ζ鞴僖浦驳木薮笮枨蟆．斍�,，該團隊正在進行重水和人工智能優(yōu)化3D打印過程的研究和實驗,，進一步凸顯了這項技術(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 />