再生医学的未来：使用冰3D打印技术解决创建自然血管网络的复杂性

南极熊导读：生物技术领域的进步为解决全球移植器官短缺问题开辟了新途径。研究人员开发了一项突破性技术，用3D打印冰制作脆弱的血管网络模型，有助于克服在实验室中培育移植器官的复杂性。

2024年2月11日，南极熊获悉，卡内基梅隆大学的研究人员表展示了一种新颖的组织工程技术，利用冰3D打印技术（3D-ICE）创建血管的新方法。这项技术使用水作为墨水，在冰结构中创造微米级的细节。

这项工作的一个关键方面涉及脱细胞过程。在这一过程中，细胞成分被去除，而细胞外基质（ECM）则被保留下来，用于组织再生。脱细胞细胞外基质（dECM）衍生的生物墨水随后用于3D打印过程。虽然脱细胞方法具有其优点和局限性，但它们在使用冰3D打印技术创建逼真血管过程中扮演着重要的角色。

3D打印的血管冰模板如左图所示。右图显示一周后在模板上形成血管样结构的细胞成像

构建人造血管模板

生物3D打印是一项利用3D打印技术将细胞、生长因子和生物材料结合的技术，具有为组织工程应用制造功能结构的潜力。然而，生物打印活细胞构建体的临床应用面临一些挑战，其中之一是通过生物3D打印技术制造的人造器官缺乏可正常工作的血管和小管。

研究人员正在采用一种冰3D打印技术为人造静脉和动脉制作支架。这种打印机使用水作为墨水，其工作原理是将水滴滴在冰冷的表面上，然后迅速冻结，形成不断生长的冰雕。打印出的结构具有微米级的细节，随后涂上明胶基材料。通过紫外线将冰融化，留下类似血管的光滑通道。研究人员已经证明，他们可以让内皮细胞在这些通道中生长两周，显示实验室培育的血管有可能捕捉到人体真实血管网络的复杂几何形状。

3D打印血管模型示意

开发弹性混合气凝胶

该领域另一个值得注意的发展是机械弹性混合气凝胶的创造。

该团队表示，目前，他们正在积极研发新型的3D打印技术，将水凝胶与纤维结合。这种独特的组合能够生产出具有纤维结构和单轴细胞排列的构造物，从而降低水凝胶的加工要求并改善其机械性能。他们正在探索粉末床熔融（PBF）3D打印技术，以制造复杂的、病人特异性的植入物，实现在生物医学应用中的高精度需求。

前沿的生物3D打印技术不仅创新性地使用冰模制造人造血管，更预示着器官移植领域美好的未来。这些进步可能使体内器官的制造成本更低、速度更快，以满足全球对器官移植的巨大需求。当前，该团队正在进行重水和人工智能优化3D打印过程的研究和实验，进一步凸显了这项技术在器官移植领域带来革命性变化的潜力。

尽管仍处于早期开发阶段，但这一概念验证表明，利用3D打印技术有可能使体内器官的制造成本更低、速度更快，从而满足全球对器官移植的大量需求。