活体3D打印微创修复体内软组织损伤

供稿人:焦天，连芩 供稿单位：机械制造系统工程国家重点实验室

近些年3D打印技术被广泛应用于生物组织修复重建的研究。对于开放的软组织损伤创面，通常采用打印后移植和原位打印的方法进行修复。但是对于内部的软组织损伤，目前的修复方法不可避免的要切开外部组织，这样不仅会造成外部组织的损伤，同时也有感染的风险。最近意大利帕多瓦大学Anna Urciuolo等人提出了活体生物3D打印的方法。首先在内部软组织损伤部位注射光敏生物材料，通过空间上的精准定位固化生物材料构建复杂的软组织。这一研究结果发表在《Nature Biomedical Engineering》杂志上。

该团队通过催化HCC（7-羟基香豆素-3-甲酸酯）与PEG（聚乙二醇）聚合生成了HCC-PEG材料。HCC-PEG材料不仅可以在穿透性较强（波长800nm以上）的双光子激发近红外光源的刺激下发生聚合，而且水凝胶对细胞没有毒性，可以促进人脐静脉血管内皮细胞等细胞的附着和胚胎干细胞的分化。注射在软组织损伤部位的HCC-PEG材料可以在高分辨率的多光子显微镜照射下快速且高分辨率（1.9μm）的成型复杂的3D组织。随后该团队通过研究确定了利于3D组织打印又不至于损伤组织细胞活性的近红外光的波长、光的功率和照射时间分别为850nm、1mW和1.14mS。该团队使用上述研发的HCC-PEG材料和多光子固化技术在表皮层下打印了真皮组织、在肌外膜下打印了肌组织、在脑膜下打印了脑组织。打印的组织与周围组织均实现了很好的结合，并且通过定向的打印肌纤维实现了肌束的再生。

活体生物3D打印不仅可以实现体内软组织损伤的微创修复，而且还能通过对打印材料提前标记实现对修复效果的无创评价。活体生物3D打印技术以其高效率、高分辨率、安全、力学可控的优势在组织损伤修复和创伤修复在线监测方面有着巨大的应用价值！

图1 活体3D打印修复软组织损伤示意图

参考文献：
Urciuolo A, Poli I, Brandolino L, et al. Intravital three-dimensional bioprinting. Nature Biomedical Engineering. 2020; 4: 901-915.（DOI：10.1038/s41551-020-0568-z）