目前，基于擠壓的生物3D打印技術(shù)(shù)取得了顯著(zhù)進(jìn)(jìn)展，可使用多個(gè)打印頭逐層創(chuàng )(chuàng)建包含多種組分的異質(zhì)(zhì)結(jié)構(gòu)。 但在每層打印時(shí)都需要切換多種打印頭，這會(huì )顯著(zhù)增加總打印時(shí)間，對細(xì)胞活力和功能產(chǎn)(chǎn)生不利影響，因此，使用3D打印技術(shù)(shù)創(chuàng )(chuàng)建臨床尺寸的組織結(jié)構(gòu)仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。

來(lái)自喬治亞理工學(xué)(xué)院的Hollister, Scott J.等針對氣管支架提出了一種生物3D打印策略，能夠顯著(zhù)縮短總打印時(shí)間。 這種氣管支架由多孔波紋管框架、框架內(nèi)腔表面的上皮襯里、框架外凹槽上的軟骨環(huán)(huán)和框架最外側(cè)的正弦圖案網(wǎng)(wǎng)絡(luò )(luò)組成。

首先打印聚己內(nèi)酯（PCL）多孔波紋管框架。沿圓形路徑間歇性擠壓打?。▓D1C），打印出壁厚250um、均勻分布有直徑300um孔隙的管壁，隨后進(jìn)(jìn)行熱培養(yǎng)和氧等離子體處理（圖1D）以增強(qiáng)框架的韌性和親水性，從而提高之后印刷在其上的生物墨水的穩(wěn)定性。然后，將框架放置在旋轉(zhuǎn)臺的中心，并以4 rpm的恒定角速度旋轉(zhuǎn)，通過(guò)彎針將含有細(xì)胞的生物墨水在徑向方向上擠出，在框架旋轉(zhuǎn)時(shí)分別印刷在外槽和內(nèi)表面上（圖1E，圖2A）。最后，使用旋轉(zhuǎn)桿組合3D打印系統(tǒng)，控制打印頭的打印路徑和旋轉(zhuǎn)桿的旋轉(zhuǎn)速度，創(chuàng )(chuàng)建正弦圖案的管狀網(wǎng)(wǎng)格（圖1F）。

圖1 氣管支架的生物3D 打印示意圖

圖2 氣管支架外槽和內(nèi)壁的旋轉(zhuǎn)打印

使用此方式打印氣管支架顯著(zhù)縮短了總打印時(shí)間，在15分鐘內(nèi)即可完成，而若使用4個(gè)打印頭分層創(chuàng )(chuàng)建相同結(jié)構(gòu)，預(yù)估時(shí)間超過(guò)22小時(shí)。 與典型的多噴頭分層打印相比，此方法不僅可以減少打印時(shí)間，顯著(zhù)提高細(xì)胞活力，而且可以在兩個(gè)打印過(guò)程之間實(shí)(shí)施附加處理。 此外，在臨床中可提前打印不同尺寸的波紋管框架，而后根據(jù)解剖信息快速制備氣管支架提供給患者。

參考文獻(xiàn)：

Park JH、Ahn M、Park SH 等人。 臨床相關(guān)(guān)大小的氣管模擬細(xì)胞結(jié)構(gòu)的 3D 生物打印[J]. 生物材料, 2021, 279: 121246.

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