本報北京2月26日電（記者鄧暉）組織/器官的體外功能化重建是生物制造領域長期以來的努力目標。然而，組織器官的外部復雜結構和內(nèi)部精細特征（如血管等）的耦合構建仍極具挑戰(zhàn)。近日，清華大學機械系熊卓副教授、張婷副研究員課題組研發(fā)了一種逐級懸浮3D打?。⊿equential Printing in a Reversible Ink Template, 簡稱SPIRIT）技術，能夠實現(xiàn)具有復雜外部結構和內(nèi)部血管網(wǎng)絡的組織器官快速構建，并成功打印了含可灌注血管網(wǎng)絡的心室模型，有效拓展了常規(guī)擠出3D打印的技術邊界，有望加速工程化組織器官在醫(yī)學領域的轉化應用。

相關研究成果于近日被材料領域知名期刊《先進材料》正式錄用并在線發(fā)表。

近年來，生物3D打印技術迅猛發(fā)展，通過活細胞和生物材料的精確組裝，在復雜組織和器官構建方面具有巨大的優(yōu)勢。然而，現(xiàn)有的生物3D打印技術仍存在一定的局限性。

“以心臟構建為例，現(xiàn)有技術雖然可以打印構建復雜的心臟腔室結構，但難以重現(xiàn)對心臟功能具有重要作用的心血管系統(tǒng)及其他脈管系統(tǒng)，如心臟電傳導系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)，使得打印的心臟模型徒具有外形，缺乏內(nèi)在的‘靈魂’，無法發(fā)揮真正的心臟功能?！毙茏勘硎荆@就急需開發(fā)一種新型生物3D打印工藝，以實現(xiàn)復雜器官的外部幾何結構（對應心臟“腔室結構”）和內(nèi)部精細特征（對應心臟“脈管系統(tǒng)”）的耦合構建。

課題組成員方永聰介紹，該研究開發(fā)的SPIRIT技術正是為了解決該挑戰(zhàn)，通過在打印復雜器官結構的同時耦合構建血管網(wǎng)絡，主要包括：第一級打印，在懸浮介質中打印生物墨水，獲得組織和器官的復雜外部結構；第二級打印，將犧牲墨水打印到初次打印但未交聯(lián)的結構中，獲得自由形態(tài)的血管網(wǎng)絡；原位交聯(lián)使打印結構定型，同時通過去除懸浮介質和犧牲墨水獲得含自由血管網(wǎng)絡的復雜器官。

該技術的關鍵在于使用一種能夠同時作為打印墨水和懸浮介質的生物材料。因此，該研究采用了課題組前期開發(fā)的微凝膠雙相生物墨水，其在較寬的溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)出良好的剪切稀化、自愈合以及快速光交聯(lián)特性，是理想的“墨水材料”。

“利用SPIRIT技術，成功打印構建了含可灌注血管網(wǎng)絡的心室模型，這是現(xiàn)有生物3D打印技術所無法實現(xiàn)的。此外，SPIRIT技術能夠顯著縮短復雜器官的打印時間，有助于提高打印活性，同時兼容現(xiàn)有的材料體系，為復雜器官的體外打印構建提供了新的解決思路。”研究者表示。