逐級懸浮3D打印制造含可灌注血管的心臟模型

供稿人：武文澤、高琳
供稿單位：西安交通大學機械制造系統工程國家重點實驗室
來源：中國機械工程學會增材制造技術（3D打?。┓謺?br />

在體外按需創(chuàng)建功能性組織和器官是生物制造的主要目標，但現有生物3D打印技術仍然難以同時構建器官的復雜宏觀外部幾何形狀和其內部微觀精細結構（如血管）。

針對這一問題，清華大學機械系熊卓團隊研發(fā)了一種逐級懸浮3D打印技術，這種技術能夠實現具有復雜外部結構和內部血管網絡的組織器官快速構建?；谶@一技術，熊卓團隊成功打印了含可灌注血管網絡的心室模型，為復雜器官的體外打印構建提供了新的解決思路。

逐級懸浮3D打印技術具體的制造過程如下（圖1）：第一級打印，在懸浮介質中打印生物墨水，獲得組織和器官的復雜外部宏觀結構；第二級打印，將犧牲墨水打印到初次打印但未交聯的結構中，獲得自由形態(tài)的血管網絡；原位交聯使打印結構定型，同時通過去除懸浮介質和犧牲墨水獲得含自由血管網絡的復雜器官。

圖1 逐級懸浮打印過程示意圖

然后研究者們創(chuàng)建了一個簡化的心室模型進行打?。▓D2），整個模型直徑約為2厘米，壁厚約為4毫米，心室模型中間表面有分層血管網絡。在使用生物墨水首次打印心室結構后，繼續(xù)打印含有紅色染料的明膠墨水以產生血管網絡。在第二個打印階段，通過控制掃描時間或以恒定打印速度改變擠出速率來調整每個分支的直徑。由此成功打印了嵌入分層血管網絡的心室結構。去除懸浮介質和犧牲墨水后，可以通過與注射泵連接反復灌注心室內的整個分層血管網絡。

圖2 逐級懸浮打印制造的可灌注心室結構

參考文獻：
FANG Y, GUO Y, WU B, et al. Expanding Embedded 3D Bioprinting Capability for Engineering Complex Organs with Freeform Vascular Networks [J]. Adv Mater, 2023, e2205082.