3D打印人体组织的技术多年来一直在进步，但它仍然是一个极其缓慢的过程。这部分原因是每个细胞的排列方式以及在打印过程中它们有多容易受到损伤。然而，近期的进展不仅使研究人员能够以比现有方法快十倍的速度3D生物打印组织，而且还可以直接在伤口上打印，以加快愈合速度。
宾夕法尼亚州立大学的一个团队在《自然-通讯》杂志上发表的一项研究，阐述了加速组织生成的关键因素：微小的细胞簇，称为类器官。与以往缺乏必要性的生物打印选项不同，类器官更好地模拟了人体中的细胞密度。该研究的合著者、工程科学与力学、生物医学工程和神经外科教授Ibrahim Ozbolat将此比作砌墙，细胞是砖块，生物墨水是灰浆。
“这项技术……能够以高通量的方式进行组织生物打印，速度比现有技术快得多，并且细胞存活率很高，”Ozbolat在一份声明中表示。
Ozbolat及其同事先前发明了一种抽吸辅助生物打印系统，该系统使用移液管尖端提起、转移和定位单个类器官，形成促进自组装和生长成实心组织的形状。但这样一个渐进的过程意味着工程师需要数天时间来制造一立方厘米的材料。
经过进一步的研究和分析，Ozbolat的团队随后开发出了他们称之为高通量集成组织制造系统（HITS-Bio）。HITS-Bio不是手动组装，而是采用四乘四的移液管喷嘴阵列，这些喷嘴经过数字控制，可以在三维空间中移动，同时还可以一次处理多个类器官。这种多喷嘴工具一次可以处理多达16个类器官，并将它们精确地配置到生物墨水基质中。通过这种方式，HITS-Bio可以指数级地加速3D生物打印细胞结构。
“我们可以非常快速地构建可扩展的结构。它的速度比现有技术快10倍，细胞存活率保持在90%以上，”Ozbolat说。
研究人员进行了两次单独的测试来展示这项新技术的性能。在第一个实验中，该团队使用HITS-Bio从约600个可生长为软骨的细胞类器官中制造了一个一立方厘米的块体。HITS-Bio在不到40分钟的时间内就完成了类器官样品的制造，而不是花费数天的工作。
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该技术在实验室之外也显示出巨大的潜力。在另一项实验中，Ozbolat及其同事使用HITS-Bio在手术中将类器官注入的生物墨水直接注入到一只大鼠头骨上的伤口中——这是世界首创。借助microRNA技术控制基因表达，研究人员引导类器官长成了真正的骨骼。术后，伤口在大约六周内几乎完全愈合。
“它实际上加速了骨骼修复，”Ozbolat说。
研究人员接下来希望通过增加喷嘴数量来扩展HITS-Bio方法，以处理更复杂的组织。如果他们能弄清楚如何整合血管细胞打印——这对于临床和手术可行的移植组织是必需的——该团队相信这项技术有一天甚至可以帮助打印出肝脏等整个器官。
