活體3D打印微創(chuàng)修復(fù)體內(nèi)軟組織損傷

供稿人:焦天，連芩 供稿單位：機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

近些年3D打印技術(shù)被廣泛應(yīng)用于生物組織修復(fù)重建的研究。對(duì)于開(kāi)放的軟組織損傷創(chuàng)面，通常采用打印后移植和原位打印的方法進(jìn)行修復(fù)。但是對(duì)于內(nèi)部的軟組織損傷，目前的修復(fù)方法不可避免的要切開(kāi)外部組織，這樣不僅會(huì)造成外部組織的損傷，同時(shí)也有感染的風(fēng)險(xiǎn)。最近意大利帕多瓦大學(xué)Anna Urciuolo等人提出了活體生物3D打印的方法。首先在內(nèi)部軟組織損傷部位注射光敏生物材料，通過(guò)空間上的精準(zhǔn)定位固化生物材料構(gòu)建復(fù)雜的軟組織。這一研究結(jié)果發(fā)表在《Nature Biomedical Engineering》雜志上。

該團(tuán)隊(duì)通過(guò)催化HCC（7-羥基香豆素-3-甲酸酯）與PEG（聚乙二醇）聚合生成了HCC-PEG材料。HCC-PEG材料不僅可以在穿透性較強(qiáng)（波長(zhǎng)800nm以上）的雙光子激發(fā)近紅外光源的刺激下發(fā)生聚合，而且水凝膠對(duì)細(xì)胞沒(méi)有毒性，可以促進(jìn)人臍靜脈血管內(nèi)皮細(xì)胞等細(xì)胞的附著和胚胎干細(xì)胞的分化。注射在軟組織損傷部位的HCC-PEG材料可以在高分辨率的多光子顯微鏡照射下快速且高分辨率（1.9μm）的成型復(fù)雜的3D組織。隨后該團(tuán)隊(duì)通過(guò)研究確定了利于3D組織打印又不至于損傷組織細(xì)胞活性的近紅外光的波長(zhǎng)、光的功率和照射時(shí)間分別為850nm、1mW和1.14mS。該團(tuán)隊(duì)使用上述研發(fā)的HCC-PEG材料和多光子固化技術(shù)在表皮層下打印了真皮組織、在肌外膜下打印了肌組織、在腦膜下打印了腦組織。打印的組織與周?chē)M織均實(shí)現(xiàn)了很好的結(jié)合，并且通過(guò)定向的打印肌纖維實(shí)現(xiàn)了肌束的再生。

活體生物3D打印不僅可以實(shí)現(xiàn)體內(nèi)軟組織損傷的微創(chuàng)修復(fù)，而且還能通過(guò)對(duì)打印材料提前標(biāo)記實(shí)現(xiàn)對(duì)修復(fù)效果的無(wú)創(chuàng)評(píng)價(jià)?；铙w生物3D打印技術(shù)以其高效率、高分辨率、安全、力學(xué)可控的優(yōu)勢(shì)在組織損傷修復(fù)和創(chuàng)傷修復(fù)在線監(jiān)測(cè)方面有著巨大的應(yīng)用價(jià)值！

圖1 活體3D打印修復(fù)軟組織損傷示意圖

參考文獻(xiàn)：
Urciuolo A, Poli I, Brandolino L, et al. Intravital three-dimensional bioprinting. Nature Biomedical Engineering. 2020; 4: 901-915.（DOI：10.1038/s41551-020-0568-z）