埃因霍溫理工大學(xué)使用 Xolography光固化3D 打印活細胞

2025年3月2日，南極熊獲悉，來自埃因霍溫理工大學(xué)的研究團隊利用一種名為 Xolography 的新型光學(xué) 3D 打印技術(shù)，成功打印出活細胞結(jié)構(gòu)，這項技術(shù)可能為打印復(fù)雜生物組織（如腎臟和肌肉）奠定基礎(chǔ)。據(jù)悉，研究人員已成功打印出小至 20 微米的結(jié)構(gòu)——與人類細胞相當(dāng)。

他們的研究成果以題為“Xolography for BiomedicalApplications: Dual-Color Light-Sheet Printing of Hydrogels With Local ControlOver Shape and Stiffness”發(fā)表在《先進材料》雜志上。

相關(guān)論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202410292

雖然Xolography技術(shù)仍處于實驗階段，但研究人員相信它代表著向未來組織工程邁出的重要一步。

埃因霍溫理工大學(xué)團隊開發(fā)了一種緊湊的手提箱大小的原型，用于基于 Xolography 的生物打印——這一過程涉及將液態(tài)聚合物暴露在相交光束中。生物材料工程和生物制造小組的博士生Lena Stoecker 領(lǐng)導(dǎo)了改進生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用方法的努力。她的工作重點是開發(fā)與自然細胞環(huán)境非常相似的材料和技術(shù)——這是組織工程的一大挑戰(zhàn)。

△Xolography中正交應(yīng)用光束引發(fā)局部光聚合的示意圖（A = 螺吡喃、B = 份菁、C = 自由基）和推進水凝膠制造技術(shù)所采取的步驟：（1）可打印水凝膠系統(tǒng)的配方，（2）工藝優(yōu)化，（3）打印樣本的特性，和（4）組織工程應(yīng)用的展示：生物打印和 4D 水凝膠打印。

與傳統(tǒng)的逐層 3D 打印不同，Xolography通過將一系列圖像投射到光反應(yīng)流體上來同時固化整個體積。這種方法可以實現(xiàn)更快、更高分辨率的打印，但需要進行重大修改以支持活細胞。該團隊開發(fā)了生物相容性材料——取代有毒的光引發(fā)劑，以確保安全的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。

Stoecker 已成功打印出孔徑在100 微米至 1 毫米之間的水凝膠支架，使細胞培養(yǎng)所需的營養(yǎng)物質(zhì)能夠流動。此外，研究人員還通過調(diào)節(jié)光強度實現(xiàn)了對材料特性的精確控制，從而能夠創(chuàng)建具有不同剛度的結(jié)構(gòu)。

一項重大突破涉及使用熱敏水凝膠，這使得結(jié)構(gòu)能夠隨時間改變形狀（又稱 4D 打印）。這項創(chuàng)新為能夠根據(jù)溫度變化收縮和擴張的人造肌肉鋪平了道路。

雖然臨床應(yīng)用仍遙遙無期，但研究團隊的工作為生物打印的未來奠定了重要基礎(chǔ)。進一步的進步可能會帶來更復(fù)雜的藥物測試組織模型，減少對動物測試的依賴。此外，打印高度定制的植入物和再生組織結(jié)構(gòu)的能力可能會徹底改變個性化醫(yī)療，為器官衰竭和創(chuàng)傷恢復(fù)提供新的解決方案。隨著持續(xù)的研究和合作，這項技術(shù)有可能改變再生醫(yī)學(xué)，并使功能性 3D 打印器官更接近現(xiàn)實。