使用声音的体内3D打印有望实现精确的药物输送、伤口愈合等

想象一下，医生可以精确地打印出微型胶囊，能够将组织修复所需的细胞精确地输送到跳动的心脏内需要的地方。

由加州理工学院领导的一个科学家团队朝着这一最终目标迈出了重要一步，他们开发了一种在活体动物体内特定位置3D打印聚合物的方法。该技术依赖于声音进行定位，并已被用于打印选择性药物输送的聚合物胶囊以及密封内部伤口的胶状聚合物。

此前，科学家们已经使用红外光来引发聚合反应，即活体动物体内聚合物的基本单元或单体的连接。

加州理工学院医学工程教授、传统医学研究所研究员魏高说：“但红外线的穿透力非常有限。它只能到达皮肤正下方。”。“我们的新技术可以到达深层组织，可以打印各种材料用于广泛的应用，同时保持优异的生物相容性。”高和他的同事在《科学》杂志上报道了他们的新体内3D打印技术。

除了用于药物和细胞递送的生物粘附凝胶和聚合物外，该论文还描述了打印生物水凝胶的技术的使用，生物水凝胶是一种嵌入导电材料的聚合物，用于心电图（ECG）等生理生命体征的内部监测。该研究的主要作者是犹他大学机械工程助理教授Elham Davoodi，他在加州理工学院担任博士后时完成了这项工作。

为了找到一种实现深层组织体内打印的方法，高和他的同事们转向了超声波，这是一种在生物医学中广泛用于深层组织穿透的平台。但他们需要一种在特定位置触发交联（单体结合）的方法，并且只在需要时触发。

他们提出了一种新方法：将超声波与低温敏感脂质体相结合。这种脂质体是具有保护性脂肪层的球形细胞样囊泡，通常用于药物输送。在这项新工作中，科学家们将脂质体装入交联剂中，并将其嵌入含有他们想要打印的聚合物单体的聚合物溶液中，这是一种成像造影剂，可以显示交联发生的时间，以及他们希望输送的货物——例如治疗药物。

可以包括其他组件，如电池和碳纳米管或银等导电材料。然后将复合生物墨水直接注射到体内。

脂质体颗粒对低温敏感，这意味着通过使用聚焦超声波将一个小目标区域的温度提高约5摄氏度，科学家们可以触发其有效载荷的释放并启动聚合物的打印。“将温度提高几摄氏度就足以让脂质体颗粒释放我们的交联剂，”高说。“试剂释放的地方，就是局部聚合或印刷发生的地方。”

与依赖Phys.org获取日常见解的100000多名订阅者一起探索科学、技术和太空的最新进展。注册我们的免费时事通讯，每天或每周获取重要突破、创新和研究的最新进展。

该团队使用细菌衍生的囊泡作为成像造影剂。囊泡，即充满空气的蛋白质胶囊，在超声成像中表现强烈，对液体单体溶液交联形成凝胶网络时发生的化学变化很敏感。当发生转变时，囊泡实际上会改变超声成像检测到的对比度，使科学家能够轻松识别聚合交联发生的时间和精确位置，使他们能够定制活体动物身上打印的图案。

该团队将这项新技术称为深组织体内声音打印（DISP）平台。

当研究小组使用DISP平台在小鼠膀胱肿瘤附近打印装载有阿霉素（一种化疗药物）的聚合物时，他们发现与通过直接注射药物溶液接受药物的动物相比，几天内肿瘤细胞的死亡明显更多。“我们已经在一只小动物身上证明，我们可以打印负载药物的水凝胶用于肿瘤治疗，”高说。“我们的下一阶段是尝试在更大的动物模型中打印，希望在不久的将来，我们可以在人类身上进行评估。”

该团队还认为，机器学习可以增强DISP平台精确定位和应用聚焦超声的能力。

“未来，在人工智能的帮助下，我们希望能够在跳动的心脏等运动器官内自主触发高精度打印，”高说。p