四川大學(xué)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(jī)械制造系統(tǒng)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

生物3D打印技術(shù)具有制造個(gè)性化或復(fù)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(jìn)行暴露以進(jìn)行相關(guān)操作，手術(shù)暴露的外傷可能會(huì)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(xué)華西醫(yī)院生物治療與癌癥中心國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室茍馬玲團(tuán)隊(duì)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)M織結(jié)構(gòu)進(jìn)行無創(chuàng)的體內(nèi)3D生物打印。在這項(xiàng)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(dòng)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(jìn)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(gè)性化耳朵組織結(jié)構(gòu)和可用于修復(fù)肌肉組織的充滿細(xì)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(shí)調(diào)制NIR光束，隨后將具有光學(xué)圖案的NIR光束投射到光學(xué)鏡片上，圖案化的NIR光束投過皮膚，誘導(dǎo)皮下注射的含有細(xì)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(xì)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(xì)胞的生物墨水中打印耳狀組織，培養(yǎng)7天后細(xì)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(gè)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(jìn)行了基于DNP工藝的無創(chuàng)生物3D打印修復(fù)，結(jié)果顯示治療組的肌肉組織修復(fù)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(fù)，具有潛在的臨床應(yīng)用，這將為醫(yī)學(xué)3D打印開辟新的途徑并推動(dòng)微創(chuàng)或無創(chuàng)醫(yī)學(xué)的發(fā)展。

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