生物列印界動態 | 新工藝出現，更精確快速3D列印活細胞

據DesignNews雜誌近日報導，維也納理工大學研發了一種新型的生物墨水可以以每秒一米的速度將活細胞整合到3D支架中，從而有可能研究疾病的傳播並生產定製的組織。

（圖像顯示了在3D支架中擴散的活細胞-從左到右：第1周，第3周，第5周。頂部：3D設置，底部：僅一層。該工藝是由維也納工業大學的研究人員開發的，用於創建精確的生物列印。來源：維也納工業大學）

近年來，3D生物列印已經走了很長一段路，科學家們利用活體組織來列印與人類皮膚一樣複雜的器官。奧地利的研究人員推出了一項技術進步，該技術可以以前所未有的速度和解析度將活細胞整合到結構中。

維也納理工大學使用一種新穎的生物墨水開發了這項新技術，該墨水可以將細胞嵌入3D矩陣中並以千分尺精度進行列印。該技術以每秒一米的速度執行，比過去的方法快得多。「通過使用這些3D支架，可以以前所未有的精度研究細胞的行為，」維也納工業大學材料科學與技術研究所3D列印與生物製造研究組負責人Aleksandr Ovsianikov說。「研究疾病的傳播，如果使用幹細胞，甚至可能以這種方式生產定製的組織。」

「要成功地對可以變成具有各種特徵的活組織的細胞進行生物列印，以某種方式處理細胞是關鍵。」Ovsianikov說，儘管有很多3D生物列印技術，但並非所有技術都是一樣的。「有些方法不精確，或者只允許在很短的時間範圍內對細胞進行處理而不會受到損壞，而其他方法則存在實質性挑戰。」

他指出，細胞的行為主要取決於其環境的機械，化學和幾何特性。Ovsianikov說：「嵌入細胞的結構必須能夠吸收營養，這樣細胞才能生存和繁殖。但，結構的剛性或柔韌性，隨時間的推移穩定還是退化也很重要。 」

該小組可以以顯微鏡下的高解析度列印3D對象，但是使用這種大小的活細胞一直是一個挑戰。Ovsianikov指出：「您需要在聚焦的雷射束照射下精確固化的液體或凝膠。但是，這些材料一定不能對細胞有害，整個過程必須非常快地進行。」

為了解決這個問題，維也納大學的研究人員一直在使用所謂的雙光子聚合方法，該方法使用的化學反應僅在材料的分子同時吸收特別高強度的雷射束的兩個光子時才啟動。在吸收光子時，該物質變硬，而在其他地方則保持液態，這使該方法最適合於高精度地生產極細的結構。

儘管這可以實現高解析度，但它的過程相當緩慢-通常在微米或每秒幾毫米的範圍內。這意味著單元可能會在列印完成之前死亡。現在使用腳手架，研究人員已經開發出一種以更快的速度製造對細胞友好的材料的方法。這意味著它們可以在短短幾個小時內列印出結構，從而為細胞提供了生存和進一步發展的良好機會。Ovsianikov說：「我們的方法為適應細胞環境提供了許多可能性。根據結構的構造，它可以變得更硬或更軟。」

他補充說，即使是精細的連續梯度也是可能的。以這種方式，可以精確地定義結構的外觀，以允許所需種類的細胞生長和細胞遷移。該過程還可以改變雷射強度，以確定該結構隨時間退化的容易程度。