超越傳統：3D生物打印如何利用擴散創造奇跡？

組織工程和再生醫學領域迫切需要能夠模擬人體組織結構和功能的體外模型和組織替代物。然而，傳統的體外模型和組織替代物往往難以滿足高度特異性、復雜性和功能性的要求。3D生物打印技術應運而生，它通過精確地排列生物材料和活細胞，能夠制造出具有類似天然組織的結構和功能的構建體，從而滿足組織工程領域的研究和應用需求。

微擠出生物打印：構建體材料的形成

微擠出生物打印是最常見和最通用的3D生物打印技術之一，尤其適用于制造支架和細胞負載的水凝膠構建體。微擠出生物打印使用的生物墨水主要由聚合物材料和活細胞組成，或僅由無細胞的生物材料組成。這些生物墨水可以具有良好的可打印性和機械性能，并能夠提供適當的生物物理和生物化學信號，以促進細胞的生長和功能。

擴散在生物打印中的應用：從設計參數到關鍵工藝

傳統上，擴散在生物打印中主要被視為一個設計參數，用于確保細胞獲得足夠的氧氣和營養物質。然而，近年來，研究人員開始利用擴散機制來調節打印構建體的特性和幾何形狀，將其作為關鍵工藝的一部分。通過控制特定分子的擴散，可以調節生物墨水的粘度、凝膠化速率、機械性能和生物功能，從而制造出具有復雜形狀、多種功能和不同機械性能的構建體。例如，可以通過擴散交聯劑來誘導墨水的凝膠化，或者通過擴散催化劑來促進聚合反應。

基于擴散的生物打印策略的分類

基于擴散的生物打印策略可以根據擴散方向分為以下三種類型：

向內擴散：將特定分子（如交聯劑、催化劑或增稠劑）從周圍環境（如空氣、溶液或支撐浴）擴散進入打印墨水。

向外擴散：將特定分子從打印墨水擴散到周圍環境。

構建體內擴散：將特定分子從構建體中的一個區域擴散到另一個區域。

每種策略都有其獨特的應用，例如制造多材料構建體、可灌注網絡和具有梯度特性的構建體。

參考文獻

Cai B, et al. Diffusion-Based 3D Bioprinting Strategies. Adv Sci (Weinh). 2024 Feb;11(8):e2306470.