基于X光成像的方法能够用光对活组织进行3D打印

Xolography是一种新型的光打印技术，已被探索用于牙科产品和太空制造。在埃因霍温理工大学（TU/e），这项技术现在已被应用于3D打印活细胞。这项研究可以为3D打印肾脏和肌肉组织铺平道路。该团队开创了基于Xolography的方法，可以产生特征小至20µm的微小结构，大约相当于人类细胞的大小

这些结果发表在Advanced Materials上

Xolography是一种能够实现3D打印心脏和肾脏未来的技术吗

研究人员Miguel Dias Castilho警告说：“不幸的是，恐怕目前这仍然完全是推测性的。”。“目前，我们仍然将技术视为黑客空间。”

这种开拓精神完美地反映在打印机上，这是一种早期的纸巾打印原型，其纯橙色的丙烯酸外壳揭示了电线、投影仪、铜线圈和微型数字显示器的内部

虽然目前看来这似乎是推测，但在手提箱大小的橙色3D打印机中详细而闪电般快速地打印活体组织是完全真实的

Dias Castilho说：“我们的研究是未来组织工程的必要第一步。现在，它可以打印出更多与生理相关的3D环境用于细胞培养，从长远来看，它可以帮助实现3D打印器官。”

用光打印组织

在机器的中心，有一个小试管，里面装有一种液体，这种液体会像魔法一样变成固体。但是，Dias Castilho全新的生物材料工程和生物制造小组的博士Lena Stoecker没有挥舞魔杖，而是将光束投射到液体上，以创造出可行的充满细胞的几何形状

Stoecker成功地采用了一种名为Xolography的新型3D打印技术来打印生物材料。在展示打印机时，Stoecker将一个装有液体的试管放在里面，解释了是什么吸引了她进行3D打印组织：“我在学习机械工程和工商管理时第一次遇到3D打印是作为学生助理。我们主要将3D打印用于小批量生产的原型和工具，我对这项技术实现（几乎）任何想法的可能性着迷。”

生物医学挑战

Stoecker倾向于组织工程并不奇怪，因为它本质上是一个结合了分子生物学家、工程师和设计师专业知识的多学科领域

世界各地的组织工程师面临的最大挑战是创建与细胞自然环境非常相似的可行3D组织，快速且精确地创建它们。这是圣杯

Stoecker解释说：“3D打印在生物医学工程中的应用备受关注，但技术未能达到人们的高度期望。”。“我对Xolography的梦想是发展成为一种能够创建组织和器官模型来研究疾病和开发治疗方法的技术。”

Xolography是一种来自设计领域的技术

是工程、物理和化学的突破性融合，其中光用于3D打印液体聚合物。它利用光反应流体中不同波长的交叉光束的能量。当光线会聚时，它们会在不到一分钟的时间内将流体变成一个详细、坚固的3D物体，大小如小熊软糖

这项技术是由德国化学家Stefan Hecht和物理学家Martin Regehly开发的，他们进一步将其应用于Xolo的衍生业务中。四年前，Hecht思考了Xolography可能用于生成复杂的生物结构

Dias Castilho解释说：“四年前，Xolo正在寻求将其技术推进到生物医学应用中，而我的团队正在寻找一种可能提供高分辨率、快速制造速度和可扩展性的颠覆性技术，所以这是一个完美的结合。”

今天，生物材料工程和生物制造集团的TU/电子搜索人员使光打印组织成为现实。Hecht和Regehly饶有兴趣地关注着研究小组的发现，因为他们是世界上第一批使用这项技术打印活体材料的科学家

这并不是一夜之间发生的，因为研究人员必须克服一些额外的挑战，使Xolography适应打印活组织

Dias Castilho表示：“首先，所使用的材料必须具有生物相容性。除了我们为该工艺开发的水凝胶外，我们发现光引发剂系统本身对细胞不太友好，必须更换。我们与该公司密切合作，开发并优化了材料配方，以确保它们在生物医学应用中的安全性。”

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Stoecker打印的水凝胶支架可以用作实验室中生长细胞的临时支撑结构。她说：“为了成功生长组织，我们的目标是水凝胶支架包含模仿骨髓细胞等自然环境的特征。”以模仿自然组织并对细胞的行为进行精确控制

斯托克说：“天然组织具有多种特性。例如，它们在一个地方更硬，在另一个地方更有弹性。现有技术打印的物体更均匀。”。“我们成功地创建了完全在3D中控制特性的材料，因此我们可以在需要的地方创建更硬、更灵活的区域。”

通过改变投影光强度，研究人员可以严格控制组织特性

Dias Castilho说：“很难复制可以改变形状的材料，并将其重新改变，这对于创建像有机组织一样运作的组织至关重要：”该团队设法实现了热响应水凝胶，以创建4D打印结构，其中第四维是时间

Dias Castilho说：“这些材料可以随着时间的推移而改变形状或性能，以应对温度变化，从而实现更复杂和功能更强大的组织结构，例如可以根据微妙的温度变化弯曲和延伸的人造肌肉。”我们现在已经证明，这项技术可以通过生产更逼真和功能更完善的组织模型和植入物，在医疗保健领域释放出令人兴奋的可能性。“

这些结果被认为是一篇标志性的出版物。

Dias Castilho说：“我们认为这是一篇基础论文。我相信这篇论文中的见解将有助于推进基于光的高分辨率制造具有可编程机械性能和形状的载细胞水凝胶。”。在下一阶段，用于组织修复的体外模型和生物打印解决方案将得到改进。Stoecker补充道：“我很清楚我们的研究要到达临床还有很长的路要走，但我喜欢这样的想法，也许有一天，我们在实验室开发的技术将有助于改善健康，从而改善某人的生活。”。p