現(xiàn)在打印微小精細(xì)的3D對(duì)象不再是個(gè)問(wèn)題，但活細(xì)胞打印迄今還是新的挑戰(zhàn)，首先缺乏合適的化學(xué)物質(zhì)，需要液體或凝膠凝結(jié)至被聚焦激光束照射的點(diǎn)上。某些過(guò)程非常不精確，或者僅允許非常狹窄的時(shí)間范圍，可以在其中不損壞細(xì)胞的情況下進(jìn)行處理。此外，在3D生物精確度過(guò)程中和之后，所用材料必須對(duì)細(xì)胞友好，這會(huì)敏感地限制對(duì)可能材料的選擇。

維也納科技大學(xué)現(xiàn)已開(kāi)發(fā)出一種采用全新材料的高分辨率生物打印工藝，由于3D打印機(jī)具有特殊的“生物墨水”，可以在制造過(guò)程中將細(xì)胞直接嵌入3D微米打印的3D矩陣中，以每秒1米的速度打印，達(dá)到比以前更快的數(shù)量級(jí)。3D打印與生物制造研究小組負(fù)責(zé)人亞歷山德羅?奧夫尼亞尼科夫教授解釋說(shuō)：“細(xì)胞的行為在很大程度上取決于其機(jī)械和化學(xué)性質(zhì)以及環(huán)境的幾何形狀。”“嵌入細(xì)胞的結(jié)構(gòu)必須能滲透營(yíng)養(yǎng)，這樣細(xì)胞才能生存和繁殖。但是，結(jié)構(gòu)是剛性還是柔韌性的，隨著時(shí)間的推移它們是否穩(wěn)定或退化也很重要?！?/span>

一種方法是首先制造適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)，然后在其中填充活細(xì)胞。但是通過(guò)這種方法，可能難以將細(xì)胞容納在框架內(nèi)部，并且很難實(shí)現(xiàn)均勻的細(xì)胞分布。更好的選擇是將活細(xì)胞直接嵌入3D結(jié)構(gòu)中，這種技術(shù)稱(chēng)為“生物打印”。

為了獲得極高的分辨率，維也納技術(shù)大學(xué)已使用雙光子聚合方法多年。這種聚合方法是當(dāng)一種材料的分子同時(shí)吸收激光束的兩個(gè)光子時(shí)才會(huì)啟動(dòng)，這僅在激光束具有特別高的強(qiáng)度下才有可能。這是物質(zhì)固化的條件，否則它將保持液態(tài)。因此，這種雙光子方法非常適合于以高精度生產(chǎn)非常精細(xì)的結(jié)構(gòu)。

奧夫尼亞尼科夫教授說(shuō)：“我們的方法為適應(yīng)細(xì)胞環(huán)境提供了許多可能性。根據(jù)構(gòu)造的方式，可以使其更硬或更軟，甚至可以進(jìn)行精細(xì)的連續(xù)過(guò)渡。因此，可以準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)的外觀，以允許細(xì)胞生長(zhǎng)并指導(dǎo)遷移。激光的強(qiáng)度還可以用于調(diào)整結(jié)構(gòu)隨時(shí)間推移分解的難易程度?！?/span>

奧夫尼亞尼科夫相信：使用這種3D模型，可以前所未有的準(zhǔn)確性檢查細(xì)胞的行為，可以了解疾病的傳播方式，如果使用干細(xì)胞，甚至可以通過(guò)這種方式定制組織。

對(duì)于打印活體組織結(jié)構(gòu)的生物制造領(lǐng)域，科學(xué)家已經(jīng)研究了十多年，但我們依然處在這條漫漫長(zhǎng)路的開(kāi)端。這其中，以活細(xì)胞作為打印原料的過(guò)程，因?yàn)檫^(guò)于精細(xì)，還要考慮到細(xì)胞后期的生長(zhǎng)，一直以來(lái)都被認(rèn)為難度很高。而今科學(xué)家提高了這一技術(shù)的精度，不但讓人類(lèi)可以最大程度地理解細(xì)胞行為，還讓未來(lái)利用細(xì)胞定制活組織模型成為可能。