乔治亚理工学院提出体外气管支架的生物3D打印

供稿人：白路歌 王玲 供稿单位：西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室


目前，基于挤压的生物3D打印技术取得了显着进展，可使用多个打印头逐层创建包含多种组分的异质结构。 但在每层打印时都需要切换多种打印头，这会显着增加总打印时间，对细胞活力和功能产生不利影响，因此，使用3D打印技术创建临床尺寸的组织结构仍然是一个挑战。

来自乔治亚理工学院的Hollister, Scott J.等针对气管支架提出了一种生物3D打印策略，能够显着缩短总打印时间。 这种气管支架由多孔波纹管框架、框架内腔表面的上皮衬里、框架外凹槽上的软骨环和框架最外侧的正弦图案网络组成。

首先打印聚己内酯（PCL）多孔波纹管框架。沿圆形路径间歇性挤压打印（图1C），打印出壁厚250um、均匀分布有直径300um孔隙的管壁，随后进行热培养和氧等离子体处理（图1D）以增强框架的韧性和亲水性，从而提高之后印刷在其上的生物墨水的稳定性。然后，将框架放置在旋转台的中心，并以4 rpm的恒定角速度旋转，通过弯针将含有细胞的生物墨水在径向方向上挤出，在框架旋转时分别印刷在外槽和内表面上（图1E，图2A）。最后，使用旋转杆组合3D打印系统，控制打印头的打印路径和旋转杆的旋转速度，创建正弦图案的管状网格（图1F）。

图1 气管支架的生物3D打印示意图

图2 气管支架外槽和内壁的旋转打印

使用此方式打印气管支架显着缩短了总打印时间，在15分钟内即可完成，而若使用4个打印头分层创建相同结构，预估时间超过22小时。 与典型的多喷头分层打印相比，此方法不仅可以减少打印时间，显着提高细胞活力，而且可以在两个打印过程之间实施附加处理。 此外，在临床中可提前打印不同尺寸的波纹管框架，而后根据解剖信息快速制备气管支架提供给患者。
参考文献：

    Park JH、Ahn M、Park SH 等人。 临床相关大小的气管模拟细胞结构的 3D 生物打印[J]. 生物材料, 2021, 279: 121246.