川大开创性贡献：直接在体内进行无创3D打印

近日，川大再次实现新突破—一种无创生物3D打印技术，可以无创地在正常组织下面直接成型生物墨水，包括活体组织原位构建，从而避免新创伤。相关成果发表于Science子刊ScienceAdvances。本期，我们来介绍这项新技术。

主流的生物3D打印多是指在体外成型组织和器官后通过手术植入患者体内。无创生物3D打印则是一种在病灶位置成型所需构造的皮下直接成型技术，它避免了手术带来的新的创伤，无疑，它具有更高的难度，甚至有些天方夜谭。

体外血管3D打印技术

基于DLP技术的生物3D打印技术具有生物相容性好、细胞活性高，打印精度好、速度快等优点。但传统的DLP生物打印技术都是基于紫外或蓝光引发的光聚合反应开发，皮肤透过性较差，无法直接引发皮肤下的单体聚合。而近红外光则能够穿透深层组织，可用于药物释放控制以及3D图像的可视化，更重要的，它具备引发光聚合的潜力。

然而一直以来，近红外光却并未用于诱导光聚合反应，这是因为近红外光的光子能量较低，且引发剂的光子吸收能力不足，无法有效诱导光聚合。在这项研究中，四川大学华西医院的主要贡献可能有两点：一是以DLP技术为原理，将传统的紫外光换为近红外光，开发了一种无创的体内生物3D打印系统；二是设计了一种可以将近红外光在打印目标区域转换为紫外光进而引发光聚合反应的纳米引发剂结构。

近红外光3D打印系统与纳米引发剂结构

纳米引发剂设计的巧妙之处在于，内部的核心结构具有近红外光吸收活性，外层结构则具有紫外光吸收活性，两者通过静电形成复合结构。在具体的打印过程中，980 nm的近红外光将组织图像通过光学透镜投射到生物墨水上，纳米引发剂可以将近红外光转换为365 nm的紫外光，进而引发紫外光聚合反应。这种方式避开了直接使用紫外光穿透人体组织所带来的损伤与能量损失，大大提高了光利用率，实现在人体内部无创制造生物组织。

为论证基于纳米光引发剂的无创生物3D打印技术的可行性，研究人员首先在体外用常用的生物材料以逐层打印的方式打印了多种不包含细胞的微结构。为进一步模拟在体内打印的情况，研究人员又将老鼠皮肤或猪的肌肉组织覆盖在生物墨水上，再进行打印。试验结果表明组织下打印结构完整，形状误差控制在12.1%。最后，研究人员将不包含细胞的生物墨水注射到小鼠皮下，进行了体内实验，在打印1天及7天后，打印结构及周围的组织仍保持完整，并且没有显示出明显的副作用，证明了生物3D打印技术具有应用于临床治疗的潜力。

本研究无创生物3D打印的耳廓组织

此外，研究人员采用小鼠作为模型，通过本研究的技术在小鼠皮下无创打印了包含软骨细胞的耳廓形结构，该过程耗时仅20 s。在一个月后，支架结构保持良好，并且软骨细胞不断成长，形成了可用于器官重构的耳廓结构。

脂肪干细胞具有治疗由钝器造成的闭合性组织损伤的潜力。通过本研究的技术，可以在伤口处原位形成包含脂肪干细胞的组织支架，有助于伤口愈合。研究人员采用带有肌肉闭合性损伤的小鼠为模型，采用该技术在伤口处打印了包含脂肪干细胞的组织支架，在十天后，小鼠的伤口明显愈合，相关测试表明该支架对组织无副作用。

END

总的来说，该研究最为直观的体现就是，通过对人体无害的近红外光实现了传统生物相容性水凝胶单体的聚合，为体内无创制造提供了一种方法。生物墨水通过诸如注射和灌注等无创的方式递送至目标位置，通过具有良好生物穿透性的近红外照射平台能够精确控制被组织覆盖的生物墨水成型为结构化产品。

此外，因该技术的无创特性，将大大推动生物3D打印技术在临床上的应用。