研究人員開發(fā)了一種新的生物墨水讓人體內(nèi)部器官3D打印不再受紫外線局限

目前，僅在美國就有近7萬人在等待器官捐獻(xiàn)的名單上。生物打印的夢想是有一天，病人不需要再等待捐贈者，比方說，利用3D打印技術(shù)，從活細(xì)胞中按需“組裝”腎臟。但這個夢想的一個問題是，生物打印體外器官必然需要手術(shù)才能植入。這意味著會有個大切口，反過來又增加了感染的風(fēng)險，以及患者的康復(fù)時間。同時，醫(yī)生也不得不等待植入物被生物打印出來而推遲手術(shù)時間，在一定程度上或?qū)⒌⒄`病人的治療。

現(xiàn)今，研究人員開發(fā)了一種新的生物墨水或許可以解決這個問題，這種墨水是由懸浮在凝膠中的活細(xì)胞組成的，這種墨水在人體內(nèi)使用是安全的，可以幫助人體實(shí)現(xiàn)3D打印。醫(yī)生可以利用微創(chuàng)外科技術(shù)，通過小切口在病人體內(nèi)制造出活體。這樣的選擇可能會比大手術(shù)更安全、更快捷。

體內(nèi)生物打印的一個挑戰(zhàn)是，目前的生物墨水通常需要紫外線才能固化，但紫外線會損害內(nèi)臟。另一個問題是如何將印刷的組織有效地附著在柔軟的活體器官和組織上。

根據(jù)發(fā)表在《生物制造（Biofabrication）》雜志上的一項(xiàng)新研究顯示，研究人員開發(fā)了一種可以利用可見光固化的生物墨水。此外，俄亥俄州立大學(xué)機(jī)械工程師、研究資深作者David Hoelzle說，這種墨水可以在人體內(nèi)的溫度下打印，以前的生物墨水在體溫下太過液態(tài)，印刷時無法保持形狀。

科學(xué)家們使用了一個貼在機(jī)器人機(jī)器上的3D打印噴嘴。據(jù)了解，該液體會從機(jī)器人控制的噴嘴的尖端流出，然后通過一個小切口通過手術(shù)插入患者體內(nèi)。為了將生物墨水固定在合適的位置，噴嘴會在病人柔軟的內(nèi)部組織中刺入一個小的空隙，然后在這個空隙中沉積一個液體錨點(diǎn)。當(dāng)噴嘴隨后被收回時，它將另一個液滴放在組織的外面，作為一個額外的錨。

科學(xué)家們將他們的生物打印結(jié)構(gòu)制成多孔結(jié)構(gòu)，以幫助細(xì)胞浸入含有營養(yǎng)、氧氣和其他分子的液體中。生物墨水中高達(dá)77%的小鼠細(xì)胞在21天后仍能在結(jié)構(gòu)中存活，研究人員發(fā)現(xiàn)他們使用互鎖的策略可以使粘附強(qiáng)度提高4倍。Hoelzle指出，他們可以進(jìn)行優(yōu)化，以提高附著力。就像紡織品的不同縫合模式有不同的優(yōu)勢一樣，必然會有不同的互鎖模式來改善這些結(jié)果。

另外，研究人員警告說，他們并不打算以一種微創(chuàng)的方式在體內(nèi)對整個心臟或腎臟進(jìn)行生物打印?！敖M織工程材料的更傳統(tǒng)的輸送方法離這一成就還有好幾年的路要走?！比《氖?，“考慮通過提供一種帶有栓系生長因子的生物材料來加速愈合，或者通過一種栓系藥物來預(yù)防感染，來增強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)手術(shù)的能力。”

重要的是，該種生物墨水可以在正常體溫下內(nèi)部應(yīng)用并使用非紫外線可見光光源固化成固體。

盡管這種物質(zhì)有朝一日可能會被用來制造血管或椎間盤等部位，但人們希望它能進(jìn)行一些更直接的用途，比如在受損或有缺陷的器官上提供貼片作用或創(chuàng)建疝氣修復(fù)網(wǎng)等。

科學(xué)家們還預(yù)測，將使用機(jī)器人手術(shù)器械在人體內(nèi)進(jìn)行生物打印?！霸谝粋€典型的機(jī)器人手術(shù)中，外科醫(yī)生要同時操作四個手臂，其中兩個手臂同時進(jìn)行，”Hoelzle說?！懊恐皇直鄱加幸粋€可互換的工具，因此外科醫(yī)生可以根據(jù)他或她目前需要的東西來交換工具。我們設(shè)想將生物材料bioink打印工具作為外科醫(yī)生工具集中的另一種工具。”

Hoelzle和他的同事們目前正在研究第一代用于機(jī)器人手術(shù)的可互換生物打印附件，他們打算在今年年底前發(fā)布，“盡管來自COVID的研究限制正在減慢我們的速度，”他說。