突破血管難題！烏得勒支團隊開發(fā)AI驅(qū)動生物3D打印打印機GRACE，可實時設(shè)計活體組織

導(dǎo)讀：器官捐獻者可以挽救生命，例如腎衰竭患者。但遺憾的是，捐獻者數(shù)量嚴(yán)重不足，導(dǎo)致等待名單漫長。而器官（或部分器官）的3D生物打印技術(shù)，或許能在未來解決這一短缺難題。不過，打印活體組織，即生物打印本身也極其復(fù)雜且充滿挑戰(zhàn)。

2025年9月9日，南極熊獲悉，荷蘭烏得勒支大學(xué)以及附屬烏得勒支大學(xué)醫(yī)學(xué)中心（UMC Utrecht）研究團隊，開發(fā)出一款將計算機視覺與體積打印相結(jié)合的3D打印系統(tǒng)GRACE（生成式、自適應(yīng)式、情境感知式3D打?。?。該成果由Riccardo Levato博士領(lǐng)導(dǎo)，有望顯著提升生物3D打印中細(xì)胞的存活率和功能性，推動再生醫(yī)學(xué)與組織工程領(lǐng)域邁向新高度。

△3D打印系統(tǒng)GRACE示意圖

與傳統(tǒng)的逐層打印不同，體積生物打印使用由細(xì)胞友好型激光激活的光敏凝膠，一步即可形成完整的結(jié)構(gòu)，從而加快打印速度，并減少對細(xì)胞的壓力。GRACE通過實時掃描凝膠并圍繞細(xì)胞的實際位置設(shè)計結(jié)構(gòu)，進一步推進了這種方法，從而能夠構(gòu)建具有優(yōu)化血管網(wǎng)絡(luò)和多層結(jié)構(gòu)的功能性組織。

△相關(guān)研究成果已發(fā)表在《Nature》，研究題目為“自適應(yīng)和情境感知體積打印”（傳送門）

自適應(yīng)血管網(wǎng)絡(luò)和多層打印

生物3D打印的主要挑戰(zhàn)之一是創(chuàng)建功能性血管，為細(xì)胞提供氧氣和營養(yǎng)。GRACE的實時掃描功能能夠在幾秒鐘內(nèi)高效地將血管放置在細(xì)胞周圍，從而克服了傳統(tǒng)預(yù)先設(shè)計網(wǎng)絡(luò)的局限性。

Sammy Florczak博士表示：“過去的打印完全依賴設(shè)計師的藍圖?，F(xiàn)在，GRACE能直接參與設(shè)計。它可以‘看到’材料中的細(xì)胞以及位置，并利用人工智能工具，為打印對象生成與之匹配的設(shè)計。這款新型打印機本質(zhì)上具備了自身的‘眼睛’——一套基于激光的成像系統(tǒng)，以及一個‘大腦’——全新的人工智能軟件。這種高度的定制化能顯著提升組織的存活率與功能性?！?br />
GRACE還支持多層打印。例如，打印的骨骼結(jié)構(gòu)隨后可以添加一層軟骨。通常，此過程需要精確的手動對齊，但GRACE可以掃描現(xiàn)有組織，并自動設(shè)計并打印第二層以使它完美貼合。這一過程以體積生物打印的高速完成，可在幾秒鐘內(nèi)生成立方厘米級的組織。該系統(tǒng)還可以自動調(diào)整障礙物，例如先前打印部件造成的陰影，從而確保最終結(jié)構(gòu)的一致性和精確性。預(yù)制物體，例如支架或藥物輸送裝置，可以插入凝膠中并在打印過程中集成。

△圖片展示了如何利用GRACE以最佳方式生成并打印血管狀網(wǎng)絡(luò)（藍色/灰色），使它圍繞細(xì)胞結(jié)構(gòu)（粉色）

未來方向

盡管GRACE展現(xiàn)出巨大潛力，但仍需進一步研究才能將它轉(zhuǎn)化為臨床應(yīng)用。研究人員需要確定打印細(xì)胞如何成熟為功能齊全的組織。

研究人員表示，GRACE的這項首創(chuàng)工作僅僅是個開始。我們目前正在努力增加可打印的細(xì)胞數(shù)量，以便打印心臟和肝臟等其它組織。此外，我們希望將這項技術(shù)向其它實驗室開放，以便更多的實驗室可以將這項創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用于他們的打印方法。

更廣泛來看，生物打印領(lǐng)域正迎來前所未有的發(fā)展機遇。未來，隨著跨學(xué)科協(xié)作的深入和標(biāo)準(zhǔn)化體系的建立，生物打印有望推動定制化組織修復(fù)和復(fù)雜器官制造，為人類健康帶來跨時代的變革。