研究人员正在使用先进的生物打印技术创建与人类组织非常相似的三维结构，为革命性的生物制造打开了大门。
在弗吉尼亚大学工程与应用科学学院，一组科学家开发了一种突破性方法，这可能为按需创建与人类兼容的器官铺平道路。
蔡立恒和他的博士生朱金昌成功研发了具有量身定制机械性能的生物材料，这些性能与不同的人类组织非常相似。
朱提到：“这与当前的生物打印技术相比，是一个重要的进展。”
他们的研究成果于7月13日发表在自然通讯上。
他们的创新生物打印方法称为球形颗粒数字组装（DASP），涉及在支撑基质中沉积生物材料颗粒，以构建提供细胞生长良好环境的三维结构。这个过程类似于“体素”，即像素的三维等价物，构建三维物体。
朱表示：“我们新型水凝胶颗粒是我们迄今为止生产的第一个功能性体素。这些体素在机械性能方面的精确控制可能是我们未来生物打印构造的基本构件。”
这项技术的一种潜在应用是打印类器官，这是一种模仿人类组织的三维细胞模型，可用于研究疾病进展，为寻找治疗方案提供帮助。
这些特制的聚合物水凝胶颗粒通过调整单个分子的排列和化学键来模仿人类组织，同时也包含真实的人类细胞。
据蔡和朱称，他们的生物墨水的毒性较低，对细胞的生物相容性更高，与其他水凝胶相比。他们的“双网络”水凝胶，由两个交织的分子网络组成，既机械强度高，又可高度定制以模仿人类组织的物理特征。
在之前发表在先进功能材料中的一篇文章中，蔡和朱介绍了他们的DASP技术。通过实验室试验，他们展示了一种DASP打印材料，模仿胰腺在葡萄糖刺激下释放胰岛素的功能。
然而，初始版本DASP 1.0只能打印脆弱的水凝胶，调整性有限。在他们最近发表在自然通讯上的最新研究中，他们揭示了DASP 2.0，该版本采用“双网络”水凝胶生物墨水，并使用“点击化学”实现快速分子交联。
推动这一进展的一个关键因素是对团队生物打印机的改进，包括开发了一个多通道喷嘴，以按需混合水凝胶组件。由于快速的交联过程，无法预混合组件，因为它们在几秒钟内从液体滴变为弹性胶。
在之前的试验中，团队发现创建水滴并迅速将其从喷嘴上脱离对模拟目标人类组织的机械特征（如弹性或刚度）至关重要。
蔡提到：“对粘弹性体素的准确操控在软物质科学和3D生物打印中构成了重大挑战。”他补充道：“我们为体素化生物打印奠定了基础。一旦完全开发，DASP可能会有众多应用，包括人工器官移植、疾病和组织建模、药物筛选，甚至更多。”
这项研究得到了包括国家科学基金会、弗吉尼亚大学糖尿病启动基金、弗吉尼亚大学转化研究考尔特中心、青少年糖尿病研究基金会、弗吉尼亚联邦健康研究委员会和弗吉尼亚大学先进生物制造中心等多个资金来源的支持。
