供稿人：姜楠，賀健康，李滌塵 發(fā)布日期：2017-05-23
生物打印技術(shù)日新月異，使人們可以用生物材料、細(xì)胞和生物分子構(gòu)建出更加仿生的結(jié)構(gòu)。打印設(shè)備是實(shí)現(xiàn)高精度生物打印的關(guān)鍵，科學(xué)家研制出了多種新型的生物打印機(jī)，包括擠出式、激光式和噴墨式。其中擠出式生物打印機(jī)因其易于操作，可打印多種生物墨水的優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。
近日，來自美國(guó)哈佛醫(yī)學(xué)院布里格姆女子醫(yī)院生物材料創(chuàng)新研究中心的研究者們構(gòu)建了一種新型多材料連續(xù)擠出式生物打印機(jī)。與原有的需要更換多噴頭打印機(jī)不同，該打印機(jī)可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)打印不同材料使其分別流出或者混合流出。它具有控制部分和打印部分，七個(gè)儲(chǔ)液槽通過七根導(dǎo)管連接到同一個(gè)針頭（圖1）。通過可編程的氣動(dòng)閥可精確控制每一種液體的流出。
圖1 多材料連續(xù)擠出式生物打印機(jī) ?。ˋ.B 打印機(jī)采用七通道，每個(gè)供液器連接單獨(dú)可編程的氣動(dòng)閥；C.D 氣動(dòng)閥，儲(chǔ)液槽，導(dǎo)管，打印頭實(shí)物圖）
這種連續(xù)擠出式生物打印機(jī)能不能進(jìn)行多材料復(fù)合結(jié)構(gòu)的打印呢？答案是肯定的（圖2），研究者們首先構(gòu)建了相對(duì)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，使用兩種到三種生物墨水構(gòu)建一個(gè)立方體塊。在此基礎(chǔ)上使用2-4種生物墨水構(gòu)建了分層的同心圓結(jié)構(gòu)，模擬了自然血管的超微結(jié)構(gòu)。之后他們又構(gòu)建了多材料多形狀的結(jié)構(gòu)，條件成熟后，他們分別構(gòu)建了類似于腦，肺，腎，心等結(jié)構(gòu)，也打印了空心管，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，證明了該設(shè)備在應(yīng)用上的巨大潛力。
圖2 多材料生物打印3D結(jié)構(gòu) （A.B 打印兩層或三層的立方體塊；C-E打印2-4層血管樣同心圓結(jié)構(gòu)； F 打印七層金字塔結(jié)構(gòu)； G.H 使用七種顏色打印十層塊狀結(jié)構(gòu)； I 生物打印人體組織樣結(jié)構(gòu)； J-N 分別為腦，肺，腎，心，膀胱； O 自由形狀的線圈； P 雙層空心管； Q DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)）
除了宏觀上結(jié)構(gòu)與自然器官相類似以外，研究者們還致力于在微觀層面進(jìn)行仿生打印。他們用生物墨水打印了一個(gè)類似心臟的結(jié)構(gòu)（圖3）。用熒光顆粒代替細(xì)胞進(jìn)行打印，可以觀察到，熒光顆粒存在于特定的區(qū)域，彼此之間具有明顯的界限，這和自然組織中細(xì)胞的分布是相類似的。
?。ˋ 打印多成分心臟樣結(jié)構(gòu)；B-E 使用熒光粒子代替細(xì)胞顯示不同過度區(qū)域）
新型多材料連續(xù)擠出式生物打印機(jī)的出現(xiàn)為組織工程的研究提供了新的思路。相信隨著研究的進(jìn)一步深入，體外構(gòu)建人體組織和器官必然會(huì)從科學(xué)幻想變成現(xiàn)實(shí)。