組織/器官的體外功能化重建是生物制造領域長期以來的努力目標。然而，組織器官的外部復雜結構和內(nèi)部精細特征（如血管等）的耦合構建仍極具挑戰(zhàn)。近日，清華大學機械系熊卓副教授、張婷副研究員課題組研發(fā)了一種逐級懸浮3D打?。⊿equential Printing in a Reversible Ink Template, 簡稱SPIRIT）技術，能夠?qū)崿F(xiàn)具有復雜外部結構和內(nèi)部血管網(wǎng)絡的組織器官快速構建，并成功打印了含可灌注血管網(wǎng)絡的心室模型，有效拓展了常規(guī)擠出3D打印的技術邊界，有望加速工程化組織器官在醫(yī)學領域的轉化應用。

　　相關研究成果于近日被材料領域知名期刊《先進材料》正式錄用并在線發(fā)表。

　　近年來，生物3D打印技術迅猛發(fā)展，通過活細胞和生物材料的精確組裝，在復雜組織和器官構建方面具有巨大的優(yōu)勢。然而，現(xiàn)有的生物3D打印技術仍存在一定的局限性。

　　“以心臟構建為例，現(xiàn)有技術雖然可以打印構建復雜的心臟腔室結構，但難以重現(xiàn)對心臟功能具有重要作用的心血管系統(tǒng)及其他脈管系統(tǒng)，如心臟電傳導系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)，使得打印的心臟模型徒具有外形，缺乏內(nèi)在的‘靈魂’，無法發(fā)揮真正的心臟功能。”熊卓表示，這就急需開發(fā)一種新型生物3D打印工藝，以實現(xiàn)復雜器官的外部幾何結構（對應心臟“腔室結構”）和內(nèi)部精細特征（對應心臟“脈管系統(tǒng)”）的耦合構建。

　　課題組成員方永聰介紹，該研究開發(fā)的SPIRIT技術正是為了解決該挑戰(zhàn)，通過在打印復雜器官結構的同時耦合構建血管網(wǎng)絡，主要包括：第一級打印，在懸浮介質(zhì)中打印生物墨水，獲得組織和器官的復雜外部結構；第二級打印，將犧牲墨水打印到初次打印但未交聯(lián)的結構中，獲得自由形態(tài)的血管網(wǎng)絡；原位交聯(lián)使打印結構定型，同時通過去除懸浮介質(zhì)和犧牲墨水獲得含自由血管網(wǎng)絡的復雜器官。

　　該技術的關鍵在于使用一種能夠同時作為打印墨水和懸浮介質(zhì)的生物材料。因此，該研究采用了課題組前期開發(fā)的微凝膠雙相生物墨水，其在較寬的溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)出良好的剪切稀化、自愈合以及快速光交聯(lián)特性，是理想的“墨水材料”。

　　“利用SPIRIT技術，成功打印構建了含可灌注血管網(wǎng)絡的心室模型，這是現(xiàn)有生物3D打印技術所無法實現(xiàn)的。此外，SPIRIT技術能夠顯著縮短復雜器官的打印時間，有助于提高打印活性，同時兼容現(xiàn)有的材料體系，為復雜器官的體外打印構建提供了新的解決思路?！毖芯空弑硎尽?strong>（記者鄧暉）