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江苏激光产业创新联盟|原创 四川大学《Science Advances》：直接在生物体内进行的无创生物打印


北京联盟_本文原题：四川大学《Science Advances》：直接在生物体内进行的无创生物打印
江苏激光联盟导读：3D打印技术在临床医疗上具有十分重要的潜力和应用 。 目前实现的生物3D打印基本都是体外打印 ， 然后通过手术进行临床植入 。 所以当今对于体内3D打印作为植入的器件制品还是受到非常大的限制的 。 实现体内或者受到创伤的部位进行原位打印的案例也未见报道 。 在以前都是需要暴露的区域在才能实现打印 。 这里 ， 来自四川大学的研究学者们报道 了采用近红外光聚合作用为基础的3D打印技术实现了体内组织重建的无创伤3D打印 。 在这一技术 中 ， 通过一种数字微镜器件将近红外激光调制成定制的模式进行打印 ， 同时通过单体溶液聚合实现空间动态的投影打印 。 通过在体外的近红外激光辐射 ， 皮下注射的生物墨水可以实现在定制化的组织重建处进行原位无创打印 。 这一新技术可以不用通过手术植入的过程 ， 一个个性化的耳状组织结构和一个老鼠的载细胞共形支架组织修复的案例采用无创体内生物打印进行了验证 。 这一工作证明体内创3D打印是可行的 。
前几年 ， 四川大学康裕建将3D生物打印血管植入恒河猴体内实验成功的消息引发业内震动 。 现在 ， 四川大学在生物打印上又取得新进展 ， 开创了体内无创生物打印 ， 这一成果发表在近期出版的顶刊《Sciecne Advances》上 。

江苏激光产业创新联盟|原创 四川大学《Science Advances》：直接在生物体内进行的无创生物打印
本文插图

图1体内无创生物3D打印示意图
体内无创生物打印的基本原理
如图1所示 ， 数字化的个性化的CAD模型首先输送给电脑控制的DMD生物芯片 。 一个980nm的光板通过光学镜片进行照射 ， 生物墨水上的组织通过一个体内活体组织制造的通道无创的输送到体内 。 生物墨水包括一个纳米的催化剂实现将近红外激光转换成365nm波长的光 ， 金额热利用这一波长为365纳米的光来进行单体聚合 。
众所周知 ， 3D打印是一种先进的制造技术 ， 在医疗行业应用中用于制造个性化和复杂结构方面具有无可比拟的优势 。 生物打印 ， 即采用含细胞的生物墨水进行3D打印组织和器官还存在一定的障碍 ， 但这一领域的突破在医疗行业具有十分重要的潜在应用 ， 尤其对于组织再生医学意义非常巨大 。 如今 ， 通常所使用的生物3D打印机主要有喷墨打印、挤压印刷、光辅助印刷以及激光直写等打印技术 。 在当今 ， 临床3D打印的应用主要是采用手术进行植入使用或者在暴露在外的创伤的位置可以实现原位打印 。 然而 ， 有很多时候需要尽量减少临床手术和尽量不进行或少进行创伤处理 。 如在皮肤内部的一个伤害 ， 采用创伤手术会破坏周围的组织 ， 造成二次伤害 。 如整形手术中 ， 无创的手术是非常重要且是最为理想的 。 这些重要的临床需求在采用当前的3D打印技术是不能满足应用的 。 从而促使我们来发展一种无创的体内3D打印技术 ， 从而可以实现无创伤的制造组织全覆盖的生物墨水 打印个性化的产品 ， 包括原位打印活体组织 。
采用数字光处理技术(DLP)生物3D打印技术 ， 光辅助印刷技术 ， 在最近受到广泛的关注 ， 这是因为在打印后的细胞活性能力比较高 ， 同时还具有非常高的打印速度和打印分辨率 。 如今 ， 该技术已经用来进行多组织的重建或修复 ， 如脊髓、外周神经、血管损伤等等 。 传统上 ， 经常采用紫外或蓝光利用光聚合作用进行生物打印。 然而 ， 采用紫外光或蓝光很难实现无创制造打印 ， 这是因为这两种光均 具有非常差的批复穿透能力 。 近红外光可以穿透的皮肤比较深并且可以用来控制药物的释放、光动力治疗、活体成像、三维图像可视化、活体光遗传学等 。 而且 ， 同紫外光或蓝光相类似 ， 近红外光具有潜在的引发光聚合的作用 。
近红外光诱导作用可以实现体内制造的转换 。 近红外诱导的精确控制所实现的光聚合作用可以促使体内组织全覆盖的生物墨水进行无创伤制造 ， 利用这一特性从而可以进行潜在的临床或医疗研究 。 在这里 ， 通过输入CAD模型 ， 数值化的近红外激光通过连接得到数字化的微镜器件生物芯片不断的产生并且及时预测无创打印 ， 通过注射的生物墨水 层层在空间进行光聚合作用而实现打印 。 这无需临床手术 ， 可以实现人体个性化的活体组织重建 。 这一工作为3D打印牙就和医疗领域中的无创上体内打印开创的新的道路 。


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