四川大學華西醫(yī)院：無創(chuàng)體內(nèi)生物3D打印

供稿人:王慧超，連芩
供稿單位：機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室

生物3D打印技術(shù)具有制造個性化或復雜的結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，在醫(yī)療方面應(yīng)用廣泛。目前生物3D打印的體內(nèi)應(yīng)用策略主要是手術(shù)植入或原位3D打印，但是這兩種方式都需要將應(yīng)用的部位進行暴露以進行相關(guān)操作，手術(shù)暴露的外傷可能會引起繼發(fā)性的傷害，因此臨床治療的主要趨勢是微創(chuàng)或無創(chuàng)的方法。

四川大學華西醫(yī)院生物治療與癌癥中心國家重點實驗室茍馬玲團隊展示了一種基于數(shù)字近紅外（NIR）光聚合（DNP）的3D打印技術(shù)，該技術(shù)能夠?qū)�組織結(jié)構(gòu)進行無創(chuàng)的體內(nèi)3D生物打印。在這項技術(shù)中，NIR由數(shù)字微鏡設(shè)備（DMD）調(diào)制成定制的圖案，并以動態(tài)投影的方式在空間上引發(fā)單體溶液的聚合。通過用圖案化的NIR進行離體照射，可以將皮下注射的生物墨水非侵入性地原位印刷到定制的組織結(jié)構(gòu)中。無需手術(shù)植入，就可以在體內(nèi)獲得具有軟骨化作用的個性化耳朵組織結(jié)構(gòu)和可用于修復肌肉組織的充滿細胞的共形支架。

圖1展示了基于DNP的無創(chuàng)3D生物打印示意圖，DMD及時調(diào)制NIR光束，隨后將具有光學圖案的NIR光束投射到光學鏡片上，圖案化的NIR光束投過皮膚，誘導皮下注射的含有細胞及納米引發(fā)劑的單體溶液空間聚合。通過連續(xù)的圖案化NIR光束投影可以將含有細胞的單體溶液在體內(nèi)無創(chuàng)的打印定制的組織結(jié)構(gòu)。

圖1 基于DNP的無創(chuàng)3D生物打印示意圖

圖2展示了基于DNP的無創(chuàng)生物3D打印耳狀組織，體外通過DNP工藝從皮膚覆蓋的含有軟骨細胞的生物墨水中打印耳狀組織，培養(yǎng)7天后細胞具有良好的存活率（>80%）。在小鼠體內(nèi)通過DNP工藝印刷了耳狀組織，1個月后，形狀保持度較好，并逐漸軟骨化，原位形成了耳狀組織。定制的耳狀活體構(gòu)建體在未來的組織再生和耳廓重建中具有廣闊的應(yīng)用前景。

圖2 基于DNP的無創(chuàng)生物3D打印耳狀組織

此外，該研究還對閉合性肌肉缺損進行了基于DNP工藝的無創(chuàng)生物3D打印修復，結(jié)果顯示治療組的肌肉組織修復效果明顯好于對照組。

通過基于DNP的生物打印系統(tǒng)，可以從皮下注射的生物墨水在體內(nèi)無創(chuàng)印刷活體定制的構(gòu)建體，用于器官重建或組織修復，具有潛在的臨床應(yīng)用，這將為醫(yī)學3D打印開辟新的途徑并推動微創(chuàng)或無創(chuàng)醫(yī)學的發(fā)展。

參考文獻：
Yuwen Chen, Jiumeng Zhang, Xuan Liu, et al. Noninvasive in vivo 3D bioprinting[J]. Science Advance. 2020 DOI: 10.1126/sciadv.aba7406