四川大学华西医院：无创体内生物3D打印

供稿人:王慧超，连芩
供稿单位：机械制造系统工程国家重点实验室

生物3D打印技术具有制造个性化或复杂的结构的优势，在医疗方面应用广泛。目前生物3D打印的体内应用策略主要是手术植入或原位3D打印，但是这两种方式都需要将应用的部位进行暴露以进行相关操作，手术暴露的外伤可能会引起继发性的伤害，因此临床治疗的主要趋势是微创或无创的方法。

四川大学华西医院生物治疗与癌症中心国家重点实验室苟马玲团队展示了一种基于数字近红外（NIR）光聚合（DNP）的3D打印技术，该技术能够对组织结构进行无创的体内3D生物打印。在这项技术中，NIR由数字微镜设备（DMD）调制成定制的图案，并以动态投影的方式在空间上引发单体溶液的聚合。通过用图案化的NIR进行离体照射，可以将皮下注射的生物墨水非侵入性地原位印刷到定制的组织结构中。无需手术植入，就可以在体内获得具有软骨化作用的个性化耳朵组织结构和可用于修复肌肉组织的充满细胞的共形支架。

图1展示了基于DNP的无创3D生物打印示意图，DMD及时调制NIR光束，随后将具有光学图案的NIR光束投射到光学镜片上，图案化的NIR光束投过皮肤，诱导皮下注射的含有细胞及纳米引发剂的单体溶液空间聚合。通过连续的图案化NIR光束投影可以将含有细胞的单体溶液在体内无创的打印定制的组织结构。

图1 基于DNP的无创3D生物打印示意图

图2展示了基于DNP的无创生物3D打印耳状组织，体外通过DNP工艺从皮肤覆盖的含有软骨细胞的生物墨水中打印耳状组织，培养7天后细胞具有良好的存活率（>80%）。在小鼠体内通过DNP工艺印刷了耳状组织，1个月后，形状保持度较好，并逐渐软骨化，原位形成了耳状组织。定制的耳状活体构建体在未来的组织再生和耳廓重建中具有广阔的应用前景。

图2 基于DNP的无创生物3D打印耳状组织

此外，该研究还对闭合性肌肉缺损进行了基于DNP工艺的无创生物3D打印修复，结果显示治疗组的肌肉组织修复效果明显好于对照组。

通过基于DNP的生物打印系统，可以从皮下注射的生物墨水在体内无创印刷活体定制的构建体，用于器官重建或组织修复，具有潜在的临床应用，这将为医学3D打印开辟新的途径并推动微创或无创医学的发展。

参考文献：
Yuwen Chen, Jiumeng Zhang, Xuan Liu, et al. Noninvasive in vivo 3D bioprinting[J]. Science Advance. 2020 DOI: 10.1126/sciadv.aba7406