新型微血管打印技术助力大型组织的3D灌注

人工人体组织和类器官或“微型器官”，在生物学和生物医学领域具有助于理解细胞增殖、组织动态和疾病等方面的潜力。它们可在再生医学和药物研发研究中发挥重要作用。通过提供无与伦比的复杂性，大规模的组织模型有望模仿人体体内对应物的特性，为动物测试提供了非常有前景的替代方案。

然而，微尺度的血管化对于在生物工程组织中重现体内环境至关重要。由毛细血管构成的微血管网络的存在对微循环和氧气、营养物质以及废物产物的交换至关重要。荷兰鲁汶大学的科学家们解决了这个问题，成功制造出了一种能够在多毫米立方范围内为大型组织构建进行灌注的三维软微流体晶格。选择了对气体和营养物质渗透性较高的水凝胶材料来制造这些软微流体晶格。

微血管网络的3D打印

Nanoscribe的双光子聚合技术（2PP）是实现高度互连的合成微血管网络制造的关键技术。基于2PP的3D打印系统的精确能力使得可以制造直径和厚度仅为几微米的丝状毛细管样管道。这些打印机还能够在多毫米立方范围内进行这种类型的制造。因此，血管网络的复杂几何形状可以确保在数十立方毫米的大三维空间内进行灌注。值得注意的是，Nanoscribe技术的快速原型制造能力使其能够准确地打印CAD几何形状，使其成为这项具有挑战性的微制造任务的理想技术。

定制非溶胀水凝胶生物材料

实现所需的血管网络扩散特性的关键在于材料的选择。科学家们开发了一种基于柔软、非溶胀的水凝胶定制材料，该材料能够实现氧气、营养物质和废物的交换。水凝胶的非溶胀特性对于避免破坏柔软微流体网格与3D打印网格的塑料基底之间的密封至关重要。选择非溶胀水凝胶也是因为Nanoscribe的3D打印系统被设计为开放式材料系统，与可定制的，第三方或者商用材料兼容，这扩展了微纳加工的灵活性。

加速灌注组织中的细胞分化

这种新型的三维软微流体细胞培养平台为各种组织构建提供了微小的灌注。科学家们从干细胞出发，通过控制分化的过程，即干细胞在体内获得特定角色的过程（例如成为神经元或肝细胞），制造出了脑器官样体和肝脏组织构建。他们发现，与未灌注的组织和传统的细胞培养相比，微小的灌注显著增强了组织的生长并加速了分化过程。此外，对灌注的神经组织的分析证实了这些组织在长时间内的高存活率。

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图片来源：

CC BY 4.0 S. Grebenyuk et al., Nat Commun 14, 193 (2023), KU Leuven.